DE69735428T2 - Gerät zur beatmung während der anästhesie - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Beatmung von Patienten während Anästhesie und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung und Überwachung der Alveolarventilation, Kohlendioxidausscheidung und Anreicherung mit Sauerstoff in Patienten, die eine allgemeine Anästhesie erhalten.
  • Hintergrundinformation
  • Allgemeine Anästhesie induziert einen Zustand respiratorischer Insuffizienz. Die meisten Mittel für allgemeine Anästhesie bewirken eine Verringerung des zentralen Atmungsantriebes, die ungehindert eine Verringerung der Anreicherung mit Sauerstoff und einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdruckes im arteriellen Blut (PaCO2) bewirken kann. Zusätzliche vermindern Mittel für allgemeine Anästhesie die Atemmuskelstärke. Dies trifft insbesondere auf Paralysemittel, wie etwa Curare zu, die jegliche Fähigkeit des Patienten zu atmen anschalten können. Zusätzlich ist gezeigt worden, daß allgemeine Anästhesie die Compliance der Lunge und des Brustkorbes verringert. Eine Verringerung der Compliance dieser Strukturen erfordert eine Erhöhung der Muskelstärke, um in Abwesenheit mechanischer Beatmungsunterstützung angemessene Beatmung zu erzeugen.
  • Es ist bekannt, daß Anästhetika mehrere Wirkungen haben, die die Effizienz der Anreicherung mit Sauerstoff behindern können. Allgemeine Anästhesie ist assoziiert mit einer Verringerung der funktionellen Residualkapazität (FRC) der Lunge, dem Gasvolumen, das am Ende normalen Ausatmens in der Lunge verbleibt. Eine Verringerung der FRC wird eine regionale Verringerung der Ventilation (VA) relativ zur Perfusion (Q) bewirken, was eine Verringerung der Anreicherung mit Sauerstoff im arteriellen Blut (PaO2) bewirken kann. Es ist gezeigt worden, daß hypoxische Lungenvasokonstriktion (HPVC) durch mehrere Anästhetika weniger aktiv gemacht wird. Entlastung von HPVC wird eine Erhöhung der Perfusion zu schlecht ventilierten Lungeneinheiten bewirken, was bewirkt, daß der PaO2 sinkt. Zusätzlich ist gezeigt worden, daß die gegenwärtige Methodik für die Überdruckbeatmung bewirken wird, daß Gasstrom in einem größeren Umfang in abhängige Lungenbereiche als in nicht-abhängige Lungenbereiche gelenkt wird. Die Schwerkraft lenkt den Blutstrom aber in nicht-abhängige Lungenbereiche. Daher wird weniger Ventilation und mehr Perfusion in abhängige Bereiche der Lunge gelenkt, was eine Verringerung des VA/Q und der relativen arteriellen Hypoxämie (verringerter PaO2) bewirkt.
  • Es ist wahrscheinlich, daß allgemeine Anästhesie zu unangemessener Alveloarventilation und Hyperkarbie (Anstieg von PaCO2) und unangemessener arterieller Anreicherung mit Sauerstoff (arterieller Hypoxämie) führt, sofern keine aktive Intervention angewendet wird. Aus diesen Gründen wird üblicherweise Überdruckbeatmung angewendet, um die Lungenventilation während der allgemeinen Anästhesie mechanisch zu verstärken. Zusätzlich wird fast immer eine Erhöhung der eingeatmeten Sauerstoffkonzentration eingesetzt, um die arterielle Hypoxämie erzeugenden Wirkungen der allgemeine Anästhesie zu überwinden. Gelegentlich wird ein positiver endexspiratorischer Druck (PEEP) auf das mechanische Beatmungsmuster angewendet, um die FRC zu erhöhen und die arterielle Anreicherung mit Sauerstoff zu verbessern.
  • Herkömmliche Überdruckbeatmung, erzeugt mit einem mechanischen Beatmungsgerät, ist mit mehreren unerwünschten Nebenwirkungen verbunden. Überdruckbeatmung bewirkt physische Bewegung der Lunge, der Brustwand und des Diaphragmas. Als ein Ergebnis wird jedes chirurgische Feld, mit Ausnahme des Kopfes, des Halses und der Extremitäten, für einen beträchtlichen Teil des Atemzyklus einer unerwünschten Bewegung unterliegen. Nur während des Zeitraumes von der Endexspiration bis zur Initiation der Überdruckatmung wird das chirurgische Feld ruhig sein. Wie oben erwähnt, werden beide Extreme der VA/Q-Abnormalität durch Überdruckbeatmung geschaffen werden, wie erzeugt durch ein Standard-Anästhesiebeatmungsgerät. Eine Erhöhung in VA/Q bewirkt eine Erhöhung des alveolären Totraums, Lunge, die beatmet, aber nicht perfundiert wird. Eine Verringerung in VA/Q wird eine Abnahme der Effizienz der Anreicherung mit Sauerstoff des arteriellen Blutes bewirken. Eine Erhöhung des Luftwegdruckes, erzeugt durch Überdruckbeatmung, wird den intrapleuralen Druck erhöhen, den venösen Rückfluss verringern und die Herzförderleistung verringern. Während Standard-Überdruckbeatmung mit einem Anästhesiebeatmungsgerät kann keine spontane respiratorische Aktivität auftreten, aufgrund des Fehlens ausreichenden Stroms an respiratorischen Gasen aus dem Anästhesiekreislauf. Außerdem führt Standard-Überdruckbeatmung aus einem Anästhesiebeatmungsgerät oft zu übermäßiger Entfernung von CO2, Erhöhung des pHs des arteriellen Blutes und den gut bekannten nachteiligen Wirkungen respiratorischer Alkalose.
  • Während allgemeine Anästhesie ist die Überwachung der Atemfunktion kritisch wichtig. Geringfügige Änderungen der Atemmechanik geben für den Anästhesisten wichtige Informationen im Hinblick auf das kardiorespiratorische System, wie etwa Bronchokonstriktion, Lungenödem und Luftwegobstruktion. Veränderungen des Lungengasaustausches muß für eine genaue Bestimmung der Angemessenheit der Alveolarventilation und Anreicherung mit Sauerstoff überwacht werden. Unglücklicherweise macht Standard-Überdruckbeatmung während allgemeiner Anästhesie mit existierender Ausrüstung eine solche Überwachung relativ ungenau und schwierig.
  • Die meisten Anästhesiebeatmungsgeräte führen einatembares Gas mit einer solchen Durchflußgeschwindigkeit zu, daß der Luftwegdruck übermäßig erhöht wird, sekundär zum Widerstand des Trachealtubus und der großen Atemwege des Patienten. Somit ist eine Beurteilung des Widerstandes der kleinen Atemwege extrem schwierig. Die Institution eines inspiratorischen Haltens wird oft angewendet, um den Luftwegwiderstand zu beurteilen. Die Anwendung solch eines inspiratorischen Haltens wird jedoch zu einer merkbaren Erhöhung des mittleren Luftwegdruckes und des intrapleuralen Druckes und zu einer Verringerung des venösen Rückflusses und der Herzförderleistung führen. Zusätzlich verringert solch ein inspiratorisches Halten die Zeit der Stabilität des chirurgischen Feldes signifikant.
  • Herkömmlicherweise hat man angenommen, daß der endexspiratorische Kohlendioxidpartialdruck (PETCO2) ein Index für Alveolarventilation ist. Idealerweise ist PETCO2 äquivalent zu PaCO2, aber dies trifft nur zu, wenn alle Alveoli perfundiert werden und ein alveolärer Totraum nicht-existent ist. Studien haben jedoch wiederholt gezeigt, daß Überdruckbeatmung, angewendet mit einem Standard-Anästhesiebeatmungsgerät, dazu führt, daß eine Erhöhung des alveolären Totraumes und eine Ungenauigkeit der Überwachung der Alveolarventilation bewirkt wird. Daher ist, um die Angemessenheit der Beatmung während allgemeiner Anästhesie zu beurteilen, eine Analyse des arteriellen Blutes, um PaCO2 zu messen, notwendig.
  • Während der exspiratorischen Phase des Atemzyklus erlauben gegenwärtig existierende Mittel für mechanische Beatmung keinen aktiven Gasstrom aus den Reservoirbälgen. Jeder Gasstrom aus den Bälgen führt zu einer Verringerung des Luftwegdruckes während der exspiratorischen Phase des Atemzyklus. So wird jede inspiratorische Anstrengung durch den Patienten während der exspiratorischen Phase des Beatmungsgerätzyklus zu einer Verringerung des Luftwegdruckes führen. Diese Verringerung des Luftwegdruckes wird eine unerwünschte Verringerung des intrapleuralen Druckes bewirken, die signifikante Verschlechterung der kardiovaskulären Funktion verursachen kann, sekundär zu Nachlast der linken Herzkammer, und wird die Atemarbeit erhöhen. Aus diesem Grund ist spontane Ventilation nicht erlaubt, wenn ein mechanisches Beatmungsgerät während allgemeiner Anästhesie eingesetzt wird. Spontane Ventilation ist nur erlaubt, wenn ein Standardanästhesiekreislauf der einen nicht-umschlossenen Anästhesiereservoirbeutel einsetzt, eingesetzt wird. Zusätzlich erlaubt eine Anästhesiekreislauf nicht die Anwendung eines kontinuierlichen Luftwegüberdruckes (CPAP) während spontaner Atmung. So ist der einzige Weg, einen Luftwegüberdruck während der exspiratorischen Phase des Atemzyklus aufrecht zu erhalten, end-exspiratorischer Überdruck (PEEP), vollständige Kontrolle der Atemfunktion der Patienten. Dies bewirkt eine merkbare Erhöhung des mittleren Luftwegdruckes, mittleren intrapleuralen Druckes und eine signifikante Verringerung des venösen Rückflusses und der Herzförderleistung. Zusätzlich ist gezeigt worden, daß eine Erhöhung des mittleren Luftwegdruckes während kontrollierter mechanischer Beatmung Ventilation (VA) relativ zu Perfusion (Q) in vielen Bereichen der Lunge signifikant erhöhen wird. Solch eine Erhöhung in VA/Q wird den physiologischen Totraum erhöhen, mit dieser begleitenden unerwünschten Wirkungen.
  • Wie oben detailliert dargestellt, ist es gut bekannte und akzeptierte medizinische Praxis, daß Patienten, die allgemeine Anästhesie erhalten, mechanische Beatmungsunterstützung benötigen. In fast allen Fällen wird dies durch Verwendung eines halbgeschlossenen Systems mit einem CO2-Absorptionsmittel erreicht, das teilweise Rückatmung von Anästhesiegasen erlauben wird. Einige Systeme setzen ausreichend hohen Gasstrom ein, um signifikante Rückatmung von Anästhesiegasen zu verhindern, so daß CO2-Absorption nicht erforderlich ist. Nahezu vollständige Rückatmung von Anästhesiegasen wird selten ohne CO2-Absorption erreicht, aber wenn man es versucht, wird die Kontrolle des arteriellen CO2-Partialdruckes mit einem frischen Gasstrom in den Rückatmungskreislauf in einer Menge aufrecht erhalten, die notwendig ist, um den arteriellen Blut-CO2-Partialdruck auf einem annehmbaren Niveau zu halten und eine Gesamtventilation, die wenigstens 3-mal so hoch ist wie das Niveau des Einströmens von frischem Gas. Bei diesen Systemen wird ein kollabierbares Reservoir mit variabler Kapazität abwechselnd zusammengepreßt und entspannen gelassen, durch Aufbringen und Entlasten von Überdruck aus einer Quelle für komprimiertes Gas. Üblicherweise besteht dieses Reservoir aus einem Ziehharmonikabeutel, aufgenommen in einem starren, klaren Behälter. Der Ziehharmonikabeutel wird typischerweise von unten befüllt, so daß die Inspiration zum Patienten aus einem Druckabfall im Balg besteht, sekundär zu äußerlich aufgebrachtem Druck innerhalb des starren Behälters. Die Exhalation aus dem Patienten führt dazu, daß Gas in den Balg eintritt, was dazu führt, daß er innerhalb des Behälters ansteigt. Das Gasvolumen, das durch das Überdruckbeatmen zugeführt wird, wird bestimmt durch die Höhe des Balges innerhalb des Zylinders vor der Inspiration und die Distanz, die der Balg während der inspiratorischen Phase des Beatmungszyklus durchläuft.
  • Verschiedene Mittel zur Steuerung der Volumenabgabe und des inspiratorischen Druckes sind entwickelt worden. Diese schließen die Regulierung des Stromes in die starre Kammer, die Zeit, die für Inspiration erlaubt wird, und die mechanische Beschränkung des Bewegungsumfanges des Balges ein.
  • Verschiedene Arten von Beatmungsgeräten sind für Patienten entwickelt worden, die an akuter Lungenverletzung und/oder Atemversagen leiden. Unter den herkömmlichen mechanischen Beatmungstechniken sind Unterstützungsmechanismen, intermittierende Zwangsbeatmung (IMV), end-exspiratorischer Überdruck (PEEP) und Hochfrequenz-Niederatemvolumen-Therapie, wie etwa angewendet bei der Säuglingsbeatmung. U.S.-Patent Nr. 4,773,411 für Downs offenbart eine Vorrichtung zur Anwendung von kontinuierlichem Luftwegüberdruck bei Patienten mit Atemstörungen. Die offenbarte Vorrichtung erreicht eine Erhöhung der Alveolarventilation und Kohlendioxidausscheidung durch intermittierende Zyklen mit verringertem Luftwegdruck unterhalb des CPAP-Druckniveaus. Die Vorrichtung wird verwendet, um Atemunterstützung für Patienten mit beeinträchtigter spontaner Atemfähigkeit bereitzustellen. Ein Anästhesiebeatmungsgerät, das den nächstkommenden Stand der Technik offenbart, ist zu finden in US 5,315,989 .
  • Trotz der oben genannten Entwicklungen besteht ein Bedürfnis nach einer Vorrichtung und einem damit verbundenen Verfahren, die, in Kombination, die Alveolarventilation, Kohlendioxidausscheidung und Anreicherung mit Sauerstoff in Patienten während allgemeiner Anästhesie aufrechterhalten können.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung, die als apneustische Anästhesiebeatmung oder AAV bezeichnet wird, bietet eine neuartige und verbesserte Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Alveolarventilation, CO2-Ausscheidung und Anreicherung mit Sauerstoff bei Patienten, die allgemeiner Anästhesie erhalten, wie beschrieben in Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2–18 definiert. Der Begriff „allgemeine Anästhesie" wird hierin gemäß seiner herkömmlichen Bedeutung verwendet und schließt die Bereitstellung von Anästhesie für einen Patienten, der einen chirurgischen Eingriff durchläuft, ein. Wie beispielhaft hierin genannt, ist der Begriff „Patient" ein Mitglied des Tierreiches, einschließlich Säugern, insbesondere Menschen. Solche Patienten können, oder können nicht, mechanische Verstärkung der Beatmung benötigen, ihnen wird aber erlaubt, spontan zu atmen, falls gewünscht. AAV kann erzeugt werden durch Aufrechterhalten einer Erhöhung des Luftwegdruckes durch externe Druckbeaufschlagung des Ziehharmonikabeutels über den Großteil des Atemzyklus. Beaufschlagung des Ziehharmonikabeutels mit Druck bewirkt, daß die Lungen des Patienten teilweise bei einem Volumen oberhalb FRC aufgeblasen bleiben, das durch das Niveau des angewendeten Druckes bestimmt wird. Der angewendete Druck und die resultierende Erhöhung des Lungenvolumens sind derart, daß wenig Impedanz für den alveolären Blutfluss und daher im wesentlichen kein zusätzlicher alveolären Totraum auftritt. So spiegelt PETCO2 unter normalen Umständen genau PaCO2 wider. Die Anwendung von Luftwegdruck ist derart, daß der Öffnungsdruck aller Alveoli äquivalent ist, ob abhängig oder unabhängig. So ist der Austausch von Sauerstoff zwischen dem Alveolarraum und dem pulmonalen Kapillarblut ungehindert. Austausch von Gas zwischen Alveolarluft und dem Anästhesieatemkreislauf wird erreicht durch unbeschränkte spontane Respiration oder durch intermittierende Verringerung des Luftwegdruckes, was zu einem Gasstrom aus gut perfundierten Alveolarräumen in den Anästhesieatemkreislauf führt. Ein halbgeschlossener Standard-Anästhesiekreislauf kann einbezogen werden, um Absorption von allem Kohlendioxid sicherzustellen, so daß die Rückatmung der Anästhesiegase keine Erhöhung des PaCO2 bewirken wird. Wegen des relativen Fehlens von alveolärem Totraum ist die CO2-Eliminierung weit effizienter, als bei Überdruckbeatmung nach dem Standardmodus beobachtet wird. Weiter macht die Überwachung des endexspiratorischen CO2, wegen der relativen Abwesenheit von alveolärem Totraum, eine Analyse des arteriellen Blutes zur Bestimmung von PaCO2 mit seltener Ausnahme unnötig. Während der exspiratorischen Phase des Atemzyklus kann die Lungen- und Brustkorbcompliance genau bestimmt werden durch Dividieren der Veränderung des Lungenvolumens, die mit einem Abfall des Luftwegdruckes auftritt, durch das Niveau des angewendeten Luftwegdruckes. Da der angewendete Luftwegdruck zu einem Zeitpunkt ohne Strom gemessen wird und da die Bestimmung der Veränderung des Lungenvolumens während des Abfalls des Luftwegdruckes in einem Zeitraum ohne Strom bestimmt wird, ist die Bestimmung der Compliance des respiratorischen Systems unabhängig von Luftwegwiderstand und signifikant genauer als diejenige, die während Überdruckbeatmung nach dem Standardmodus während allgemeiner Anästhesie bestimmt wird.
  • Indem man dem Patienten erlaubt, während der allgemeinen Anästhesie spontan zu atmen, ermöglicht AAV eine Verringerung des intrapleuralen Druckes, eine Erhöhung des venösen Rückflusses und eine Aufrechterhaltung der Herzförderleistung. Spontane Ventilation ermöglicht verbesserte Verteilung der Alveolarventilation, verglichen mit Standard-Überdruckbeatmung während allgemeiner Anästhesie. Somit ist VA/Q normaler, was verbesserte Anreicherung des arteriellen Bluts mit Sauerstoff erlaubt sowie Verringerung des physiologischen Totraumes. Die letztere Wirkung ermöglicht genauere Überwachung der Alveolarventilation und verringerte Anforderung an die Analyse des arteriellen Blutes. Weil Patienten spontan atmen können, ist Muskelentspannung mit Paralytika weniger notwendig und eine leichtere Ebene der allgemeinen Anästhesie kann verwendet werden, weil eine Kontrolle der Atmung durch erhöhte Anästhesietiefe nicht erforderlich ist. Zusätzlich kann AAV einen kontinuierlichen Luftwegüberdruck (CPAP) erzeugen, so daß eine Kontrolle der Ventilation nicht erforderlich ist, um einen end-exspiratorischen Überdruck (PEEP) bereitzustellen, wenn eine Erhöhung des Lungenvolumens von mehr als FRC gewünscht ist.
  • Das apneustische Anästhesiebeatmungsgerät kann mehrere Steuereinheiten aufweisen. Es liegt vorzugsweise ein Mechanismus vor, um die Zeit zu steuern, während der Luftwegdruck und das Lungenvolumen erhöht sind. Eine einstellbare Zeit kann bestimmen, wie lange Lungenvolumen und Luftwegdruck auf ein geringeres Niveau gesenkt werden. Die vorliegende Erfindung kann ausreichend Gasstrom zum Behälter, der den Ziehharmonikabeutel umgibt, sicherstellen, so daß jede Veränderung des Volumens oder Druckes, die vom Patienten gefordert wird, mit minimaler Fluktuation des Luftwegdruckes erfüllt wird. Die Vorrichtung schließt vorzugsweise ein Anforderungsventil, oder eine kontinuierliche Durchflußeinrichtung oder einen anderen derartigen Mechanismus, ein, um ungehinderten Gasstrom bei Patientenanforderung zu ermöglichen. Ein Reservoirsystem kann mit einer flachen Druckantwort auf eine Veränderung des Volumens ausgestattet sein. Die vorliegende Erfindung kann dem klinischen Arzt ermöglichen, Druck- und Volumenniveaus innerhalb des Atemkreislaufes, sowohl nach oben als auch nach unten, vorzugsweise mittels eines Durchfluss- und/oder Volumensensors auf sowohl dem inspiratorischen als auch exspiratorischen Glied des Ziehharmonikabeutels einzustellen. Der klinische Arzt kann die gewünschte Veränderung des Lungenvolumens und/oder Luftwegdruckes mit einem Feedbackmechanismus von den Durchfluss-Volumen-Sensoren einstellen. Die Vorrichtung schließt vorzugsweise ein Ventil ein, um den Austritt von Gas aus dem starren Behälter, der den Ziehharmonikabeutel umgibt, zu ermöglichen, mit ausreichend geringem Widerstand, um den Austritt von Gas ohne signifikante Änderung des Druckes, sekundär zum Durchfluss, zu ermöglichen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige und verbesserte Vorrichtung zur Unterstützung und Verbesserung der Beatmung von Patienten, die eine allgemeine Anästhesie durchlaufen, bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, die verbesserte Alveolarventilation und CO2-Ausscheidung erlaubt und Aufrechterhaltung unbeschränkter spontaner Atmung während allgemeiner Anästhesie ermöglicht.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Atemunterstützung bereitzustellen, wodurch ein kontinuierlich aufrechterhaltener Luftwegüberdruck ein Lungenvolumen oberhalb FRC aufrechterhält, um apneustische Anreicherung mit Sauerstoff und Eliminierung von Kohlendioxid aus der Lunge durch periodische Verringerung des Lungenvolumens auf FRC zu erzeugen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Bewegung des chirurgischen Feldes bei Patienten während allgemeiner Anästhesie zu minimieren.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Beatmen von Patienten während allgemeiner Anästhesie ohne Interferenz mit dem chirurgischen Eingriff bereitzustellen.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung leichter deutlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine teilweise schematische Veranschaulichung eines herkömmlichen Ziehharmonikabeutels.
  • 2 ist ein Diagramm von Luftwegdruck gegen Zeit, repräsentativ für die Verwendung des herkömmlichen Ziehharmonikabeutels von 1.
  • 3 ist eine teilweise schematische Veranschaulichung eines apneustischen Anästhesiebeatmungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine teilweise schematische Veranschaulichung eines Beatmungsgerätes der vorliegenden Erfindung, angeordnet zwischen einer Quelle für Atemgas und einem Patienten unter allgemeiner Anästhesie.
  • 5 ist ein Diagramm von Luftwegdruck gegen Zeit, repräsentativ für die Verwendung des apneustischen Anästhesiebeatmungsgerätes der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Diagramm von Luftwegvolumen gegen Zeit, repräsentativ für die Verwendung des apneustischen Anästhesiebeatmungsgerätes der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Bezugnehmend auf 1 ist ein herkömmlicher Ziehharmonikabeutel 1 in einem starren, durchscheinenden Behälter 2 enthalten und eingeschlossen. Inspiratorischer und exspiratorischer Strom in den Ziehharmonikabeutel hinein und aus diesem heraus. wird durch Einwegventile 3 und 4 in der Inspirationsöffnung 8 bzw. Exspirationsöffnung 9 gelenkt. Bewegung der Ziehharmonikabeutels 1 und Gasvolumen 5 wird bestimmt durch intermittierende Druckbeaufschlagung (ΔP) des starren äußeren Behälters durch ein Inhalationsventil 6 und ein Exhalationsventil 7, um eine Rückkehr des Druckes innerhalb des durchscheinenden Behälters 2 auf nahezu Umgebungsdruck zu ermöglichen. Eine Anästhesiebeatmungsgerät-Steuereinheit 10 steuert die Durchflußrate von Gas in den starren Behälter hinein, die Zeit des Gasstromes in den Behälter hinein und die Zeit von der Beendigung des Stromes bis zum Einsetzen des Stromes während des nächsten Atemzuges. Eine Druckgrenze kann auferlegt werden, um die Erhöhung des Luftwegdruckes zu begrenzen. Inspirationszeit kann, ebenso wie Expirationszeit, eingestellt werden, um die Atmungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Durchflußsensoren 11 und 12 sind in der Inspirationsöffnung 8 und Exspirationsöffnung 9 des Ziehharmonikabeutels angeordnet.
  • Die Luftwegdruckmuster, die aus der Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung von 1 resultieren, sind in 2 dargestellt. Die Beatmungsgerät-Steuereinheit 10 ist ein Konstantdruckgenerator, der den Ziehharmonikabeutel 1 zusammendrückt, was zu einem Muster 21 mit entschleunigendem Durchfluss und angeschrägtem Luftwegdruck (Paw) führt, das zu einer vorbestimmten Zeit, bei einem vorbestimmten Volumen oder bei einem vorbestimmten Druck in Exhalation 22 umschlägt. Exhalationsventildurchflusswiderstand bewirkt, daß Paw abnimmt, wenn sich die Lunge in den Atemkreislauf hinein leert, mit einem Muster 23 mit entschleunigendem Durchfluß und angeschrägtem Druck. In Abwesenheit eines Exspirationsresistors ist der exspiratorische Paw 24 Umgebungsdruck. Inspiratorischer Strom im Zeitkreislauf schafft einen Anstieg des inspiratorischen Paw 25, wenn das Lungenvolumen zunimmt, und Luftwegwiderstand führt zu einem Peak-Paw 26, der höher ist als der Paw, der während eines inspriatorischen Haltens erzeugt wird, was zu einem Plateau- Paw 27 während einer Periode mit wenig oder keinem inspiratorischen Strom führt. Exhalation 28 ist ähnlich zum Plateau Paw 27 und die exspiratorische Zeit 29 ist im allgemeinen kürzer als der exspiratorische Paw 24. Das letztere Muster ist am häufigsten bei gegenwärtiger Anästhesiebeatmungsgerätetechnologie und erzeugt eine signifikante Erhöhung der Inspirationszeit und des mittleren Luftwegdruckes. Der mittlere Luftwegdruck für jedes Muster ist durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 3 dargestellt ist, schließt ein apneustisches Anästhesiebeatmungsgerät 30 einen Reservoirbalg oder Ziehharmonikabeutel 31 ein, der in einem starren durchscheinenden Behälter 32 enthalten ist. Gas kann durch Einwegventile aus dem Ziehharmonikabeutel 31 in den Anästhesieatemkreislauf austreten und kann in den Ziehharmonikabeutel 31 aus dem Atemkreislauf eintreten, wie angegeben bei 33 und 34, durch Inspirationsöffnung 38 bzw. Exspirationsöffnung 39. Das Beatmungsgerät 30 kann anstelle herkömmlicher Beatmungsgeräte verwendet werden, die während der Anästhesie verwendet werden.
  • Wie in 4 dargestellt, kann das Beatmungsgerät 30 in Fließverbindung zwischen einem Anästhesiegas-Zuführungssystem 46 und dem Luftweg eines Patienten 47, der einen chirurgischen Eingriff durchläuft, angeschlossen sein. Das Anästhesiegas-Zuführungssystem 46 kann jede geeignete Konstruktion aufweisen, einschließlich herkömmlicher geschlossener Systeme und halbgeschlossener Systeme, wie etwa ein halbgeschlossenes Kreislauf-CO2-Absorbersystem oder ein Mapleson-D-System. Das Beatmungsgerät 30 kann mit dem Luftweg des Patienten 47 durch alle geeigneten Mittel verbunden sein, wie etwa eine Maske 48, einen Schlauch oder einen Kehlkopfmaskenluftweg (LMA).
  • Veränderung des Lungenvolumens kann durch das Volumen 35 quantifiziert werden, bestimmt durch den Bewegungsumfang des Balges 31, dargestellt in 3. Eine AAV-Steuereinheit 40 steuert ΔP durch Druckbeaufschlagung des Behälters 32 mit einem Gasstrom durch Ventil 36 oder Dekomprimieren des Behälters 32 mit einem Unterdruck, angelegt durch Ventil 37, oder einem Überdruck, angelegt, wenn Gas in den Balg 31 durch das Exspirationsventil 34 eintritt. Die AAV-Steuereinheit 40 funktioniert so, daß sie das CPAP-Niveau, die CPAP-Zeit, die Durchflußgeschwindigkeit, ΔP oder den Entspannungsdruck und die Entspannungszeit steuert. Jeder geeignete Timer, einschließlich manuell einstellbarer Timer, kann verwendet werden, um CPAP- und Entspannungszeiten zu steuern. Jede geeignete Druckquelle kann verwendet werden, um CPAP, Durchflußgeschwindigkeit und Entspannungsdruckniveaus zu steuern, wie etwa eine manuell einstellbare Druckquelle. Der Drucksensor 43 kann verwendet werden, um das Druckniveau des Systems zu verifizieren. Die Zykluszeit des Systems entspricht der CPAP-Zeit plus Entspannungszeit. Die Atmungsgeschwindigkeit, eingestellt durch die AAV-Steuereinheit 40, entspricht der Zykluszeit, dividiert durch 60 Sekunden.
  • Das Volumen an Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, wird bei einem Niveau oberhalb der funktionellen Residualkapazität der Lungen des Patienten eingestellt. Vorzugsweise beträgt das Volumen an Atemgas etwa 3 bis 6 ml/kg mehr als FRC. Durchflußsensoren 41 und 42 sind an den Ausgangs- bzw. Eintrittsdurchflußwegen 38 bzw. 39 angeordnet. Druck (ΔP) wird um den Ziehharmonikabeutel 31 herum entwickelt, innerhalb des durchscheinenden Behälters 33, mittels eines Gasstromes, der durch die AAV-Steuereinheit 40 gesteuert wird. Veränderung des Volumens des Ziehharmonikabeutels durch Eintritt oder Austritt von Gas aus den Lungen des Patienten (ΔV) wird durch eine Verringerung des Druckes (ΔP), erzeugt durch die AAV-Steuereinheit 40 und durch die eigenen Atemanstrengungen des Patienten, bestimmt werden.
  • Wie in 3 zu sehen, stellt ΔV2 das durch die eigenen Spontanbemühungen des Patienten inhalierte und exhalierte Gasvolumen dar und ist nicht assoziiert mit irgendeiner Veränderung des Luftwegdruckes. Die Ventile 33 und 34 sind vorzugsweise alle von ausreichender Größe und Form, um jeglichen signifikanten Widerstand gegen Gasstrominspiration oder -exspiration zu verhindern. Die Durchflußsensoren 41 und 42 sind vorzugsweise sowohl auf den Gliedern des Ausganges 38 als auch des Einganges 39 von und zum Ziehharmonikbeutel 31 angeordnet, um den Gasdurchfluß zu bestimmen und die Berechnung von ΔV1 und ΔV2 zu ermöglichen. Eine Druckmeßeinrichtung 43, wie etwa ein Aneroid-Manometer, ist vorzugsweise als ein Teil des Atemkreislaufes eingeschlossen und kann ein integraler Teil der Durchflußmeßeinrichtung sein, um die Berechnung der Compliance (ΔV1/ΔP) zu ermöglichen. Ein end-exspiratorischer Kohlendioxid-Sensor 45 ist auf dem exspiratorischen Glied 39 des Atemkreislaufes des Patienten angeordnet, um den PETCO2 zu messen.
  • Die AAV-Steuereinheit 40 bestimmt die Gasmenge und den angelegten Druck, die erforderlich sind, um die Position des Balges aufrecht zu erhalten, so daß der Luftwegdruck und das Lungenvolumen des Patienten kontrolliert werden, wie gewünscht. Die AAV-Steuereinheit 40 schließt einen Timinigmechanismus ein, um die Dauer der Anwendung von erhöhtem Luftwegdruck, die Dauer der Verringerung des Luftwegdruckes, das Niveau des Luftwegdruckes und das Niveau der Verringerung des Luftwegdruckes zu bestimmen. Wie dargestellt in 4, wird die Steuerung der Gase, die vom Patienten eingeatmet werden, durch eine herkömmliche Anästhesiemaschine 46 bestimmt, mit der der Atemkreislauf 38, 39 des Patienten verbunden ist.
  • Wie dargestellt in 5, wird eine apneustische Beatmung durch Erhöhung des Lungenvolumens und des Luftwegdruckes über Umgebungsdruck 51 geschaffen. Leichte Ablenkung nach unten 52 und oben 53 des Luftwegdruckmusters gibt spontane Inspiration und Exhalation an. Eine solche Fluktuation wird durch Begrenzung des Durchflusswiderstandes durch die Funktionen sowohl des inspiratorischen 38 als auch exspiratorischen 39 Ventils minimiert. Die Gasmenge, die aus dem Balg 31 gezogen wird, beträgt ΔV2 in 3. Eine signifikante Abnahme des Luftwegdruckes 54 wird durch Dekompression des Raumes, der den Ziehharmonikabeutel 31 umgibt, innerhalb des starren, durchscheinenden Behälters 32 erzeugt, wie bestimmt durch den Entspannungsdruck der AAV-Steuereinheit 40. Eine solche Dekompression führt dazu, daß Gas aus der Lunge des Patienten in den Anästhesieatemkreislauf in einer Menge austritt, die äquivalent zu ΔV1 ist, angegeben in 3. Nach ungefähr 1 bis 1,5 Sekunden niedrigem Druck 55 führt die erneute Druckbeaufschlagung des Raumes, der den Ziehharmonikabeutel umgibt, zur Wiederanwendung von Druck 56 und Wiederherstellung des Lungenvolumens, oberhalb FRC. Der mittlere Luftwegdruck ist durch die gestrichelte Linie in 5 dargestellt. Der Peak-Luftwegdruck, der in 5 dargestellt ist, ist niedriger als die Peak-Luftwegdrücke, die in 2 dargestellt sind.
  • Beispiel
  • Der Betrieb der AAV-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde wie folgt untersucht. Nicht-sedierte ASA-Patienten mit dem physischen Status I und II, die für allgemeine Anästhesie, intraabdominale Operationen und Einführung eines intraarteriellen Katheters zur Blutdrucküberwachung vorgesehen waren, unterzeichneten eine vom Institutional Review Board genehmigte Einverständniserklärung. Patienten mit instabiler kardiovaskulärer Funktion oder schwerer obstruktiver Lungenerkrankung wurden von der Studie ausgeschlossen. Brustableitungen wurden angebracht, um das EEG zu überwachen, und die Herzfrequenz wurde elektronisch bestimmt. Eine Sonde wurde um eine Fingerspitze herum befestigt und mit einem Puls-Oximeter zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung (SpO2) verbunden.
  • Anästhesie und neuromuskuläre Blockade wurden mit Propofol (1 bis 2 mg/kg IV) oder Thiopental (2 bis 5 mg/kg IV) und Succinylcholin (1,5 mg/kg) induziert und die Patienten wurden orotracheal intubiert. Anästhesie und neuromuskuläre Blockade wurde mit Isofluran, Stickoxid und Sauerstoff und Vecuronium aufrecht erhalten. Ein intravenöses Narkotikum wurde verabreicht, wenn angemessen. Patienten wurden mit herkömmlicher CMV unter Verwendung einer VT im Bereich von 8 bis 10 ml/kg und einer Atemfrequenz (RR) beatmet, die ausreichend war, um eine PETCO2 im Bereich von 30 bis 35 mmHg zu erzeugen. Inspirierte Sauerstoffkonzentration wurde eingestellt, um eine SpO2 von wenigstens 90% aufrecht zu erhalten. Ein Thermistor wurde im Oesophagus zur Überwachung der Temperatur eingesetzt. Ein Katheter wurde zur Bestimmung von Blutdruck und Blutprobennahme zum Test von pHa, PaCO2, PaO2, Hämoglobinkonzentration und Oxyhämoglobinsättigung (SaO2) in der Speichenarterie eingesetzt. Ein Pneumotachograph wurde am Trachealtubus befestigt und mit einem Lungenmechanik-Computer (BICORE, Irvine, CA) zur Bestimmung von VT, RR, Minutenvolumen der Lunge (VE) und Peak- und mittlerem Luftwegdruck (Paw) verbunden. Der Probenschlauch eines Gas- und Anästhesiedampf-Überwachungsgerätes (Ultima, Datex Instrumentation, Helsinki, FN) wurde zwischen dem Pneumotach und dem Anästhesieatemkreislauf zur Bestimmung von FlO2, PETCO2, end-exspiratorischer Konzentration von Isofluran und Stickoxid und minimaler Alveolarkonzentration (MAC) von Inhalations-Anästhesiemitteln positioniert. Die Effizienz der Ventilationen wurde als PaCO2·VE –1 qualifiziert.
  • Basisliniendaten wurden gesammelt, nachdem Herzfrequenz, mittlerer arterieller Blutdruck und MAC für 30 Minuten unverändert blieben. Patienten wurden zufällig zugeordnet, um alternierend 20-minütige Versuche mit CMV (unter Verwendung derselben Charakteristika als Basislinie) und AAV der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die Atemfrequenz während AAV war dieselbe wie während der Basislinie. Das Atemvolumen während AAV wurde titriert, um eine PETCO2 zu erzeugen, die zwei bis drei mmHg höher war als der Wert, der während der Basislinien-CMV beobachtet wurde. AAV wurde mit einem Anästhesiebeatmungsgerät (Model Mark 4A, Bird Corporation, Palm Springs, CA) bereitgestellt, modifiziert wie dargestellt in 3.
  • Die Daten sind als Mittelwert ± 1SD zusammengefaßt. Eine Übertragung der Behandlungswirkung (Behandlungsperiodenwechselwirkung) wurde durch Vergleichen der Unterschiede (Mittelwert ± 1SD) für die zwei Behandlungssequenzen bestimmt. Der Student-Test für unabhängige Beobachtungen wurde verwendet, um die Unterschiede (Mittelwert ± 1SD) zwischen den zwei Behandlungssequenzen zu vergleichen. Es gab keine signifikante Behandlungsperiodenwechselwirkung, somit wurden die Daten unter Verwendung des Student-Test für gepaarte Beobachtungen (zweischwänzig) statistisch verglichen. Die während alternierender Versuche mit AAV und CMV erhaltenen Daten wurden verglichen.
  • Zwanzig Patienten (11 Frauen, 9 Männer), 62 ± 15 Jahre alt, Gewicht 88 ± 26 kg, durchliefen ähnliche Anästhesieversorgungs- und Operationsverfahren. Die end-exspiratorische Konzentration von Isofluran (1,1 ± 0,3), MAC (1,5 ± 0,2), Körpertemperatur (35,7 ± 0,5°C) und Hämoglobinkonzentration (10,8 ± 1,5 g/dl) waren während der gesamten Studie ähnlich, und Zwischenversuchdaten wurden für die Zusammenfassung zusammengefaßt. Es gab keine Unterschiede in der kardiovaskulären Funktion während der gesamten Studie, wie dargestellt in Tabelle 1.
  • Tabelle 1 Kardiovaskuläre Funktion während Luftweg-AAV und kontrollierter mechanischer Beatmung CMV bei Patienten, die eine allgemeine Anästhesie durchlaufen
    Figure 00170001
  • Die Daten sind zusammengefaßt als Mittelwerte ± 1SD und Zwischenversuchvergleiche wurden durchgeführt unter Verwendung des Student-Tests. HR = Herzfrequenz, SAP = systolischer arterieller Druck, DAP = diastolischer arterieller Druck und MAP = mittlerer arterieller Druck.
  • Der Peak-Luftwegdruck war niedriger, wenn die Patienten mit AAV beatmet wurden, als wenn sie CMV erhielten, wie dargestellt in Tabelle 2.
  • Tabelle 2 Vergleich von Peak-Luftwegdruck für AAV gegen CMV
    Figure 00180001
  • Die Daten sind zusammengefaßt als Mittelwert ± 1SD und Zwischenversuchvergleiche wurden mit dem Student-Test durchgeführt (°p < 0,01 verglichen mit CMV). Peak-Paw = Peak-Luftwegdruck, Mittlerer Paw = mittlerer Luftwegdruck, VT = Atemvolumen, RR = Atemfrequenz und VE = Minutenvolumen der Lunge.
  • Während AAV überstieg der Peak-Luftwegdruck bei keinem Patienten 18 cm H2O und war niedriger als die Hälfte desjenigen, der bei sechs Patienten während CMV beobachtet wurde. Obgleich der mittlere Luftwegdruck größer war, wenn Patienten mit AAV atmeten, gab es keine nachteiligen kardiovaskulären Folgen.
  • Die Atemfrequenz war per Konzeption ähnlich, aber vergleichbarer PaCO2 wurde mit weniger Atemvolumen und VE während AAV erreicht, verglichen mit während CMV. So verbessert AAV der vorliegenden Erfindung die Beatmungseffizienz, quantifiziert als der PaCO2·VE –1, wie dargestellt in Tabelle 3.
  • Tabelle 3 Gasaustausch während AAV gegen CMV in Patienten, die allgemeine Anästhesie durchlaufen (FlO2 = 0,33 ± 0,08)
    Figure 00190001
  • Die Daten sind zusammengefaßt als Mittelwert ± 1SD und Zwischenversuchvergleiche wurden mit dem Student-Test durchgeführt (°p < 0,01, verglichen mit CMV). pHa = pH des arteriellen Blutes, PaO2 = Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut, SaO2 = Oxyhämoglobinsättigung des arteriellen Blutes, P(a-ET)CO2 = Kohlendioxidpartialdruck im arteriellen Blut minus end-exspiratorisches Gas und PaCO2/VE = Verhältnis von PaCO2 und Minutenvolumen der Lunge.
  • Es gab keinen Unterschied im FlO2 und die Gaspartialdrücke des arteriellen Blutes, der pHa und die Oxyhämoglobinsättigung waren während der gesamten Studie unverändert. Der P(a-ET)CO2 war immer niedriger während AAV (1,5 ± 0,9 mmHg) als während CMV (5,1 ± 2,3 mmHg) (p < 0,0001) und war nie größer als 3,5 mmHg. Während CMV reichte P(a-ET)CO2 von so wenig wie 3,0 mmHg bis so viel wie 9,5 mmHg.
  • Das Minutenvolumen der Lunge, das erforderlich war, um ähnliche Alveolarventilation zu erreichen, wie widergespiegelt durch PaCO2, war niedriger, wenn Patienten mit AAV beatmet wurden als mit CMV. Das niedrigere Minutenvolumen der Lunge während AAV resultierte aus einem niedrigeren Atemvolumen. Vermutlich war der anatomische Totraum nahezu konstant. Daher waren vergleichbare PaCO2 und ein engerer P(a-ET)CO2 mit geringerem Minutenvolumen der Lunge ein Nachweis für verminderte Alveolartotraumventilation während AAV. Da die Alveolartotraumventilation geringer war, wenn Patienten mit AAV beatmet wurden, spiegelte PETCO2 während AAV PaCO2 genauer wider als während CMV. Die Beobachtung, daß Totraumventilation während AAV niedriger ist, könnte auf dem signifikant niedrigeren Peak-Luftwegdruck während AAV beruhen. Obgleich der mittlere Luftwegdruck während AAV größer war, traten keine offensichtlichen nachteiligen kardiovaskulären Folgen auf.
  • Es ist bekannt, daß die funktionelle Residualkapazität etwa 15% bis 18% nach der Induktion allgemeiner Anästhesie bei auf dem Rücken liegenden Patienten verringert wird. Die Verringerung von FRC beginnt unmittelbar nach der Induktion der Anästhesie und ist nicht progressiv. Dieser Effekt ist unter Anästhesietechniken ähnlich und ist unabhängig von Muskelparalyse. Der Mechanismus, der der Verringerung von FRC zugrundeliegt, bleibt unklar. Atelektase, erhöhtes Bauch- und/oder Brust-Blutvolumen, erhöhte Aktivität exspiratorischer oder verringerte Aktivität inspiratorischer Muskeln, erhöhte Elastance der Lunge oder erhöhter Rückstoß nach außen der Brustwand oder jede Kombination von diesen kann zur Verringerung von FRC beitragen.
  • Eine Verringerung des Lungenruhevolumens ist verbunden mit einer Anzahl nachteiliger physiologischer Folgen, einschließlich beeinträchtigter Lungenmechanik, intrapulmonarem Rechts-Links-Shunting von Blut und Ventilations- und Perfusions-Mismatching. Funktionelle Residualkapazität kann mit der Anwendung kontinuierlichen Luftwegüberdruckes auf nahezu normal wiederhergestellt werden. Die Veränderung (Δ) in FRC, beeinflußt durch CPAP, kann in der folgenden Art und Weise abgeschätzt werden: ΔFRC = CPAP × CLT,wobei CLT = Lungen-Brust-Compliance. Periodische Entspannung von CPAP bewirkt, daß das Lungenvolumen abnimmt, und die Wiederherstellung von CPAP bewirkt, daß das Lungenvolumen zunimmt, wodurch für Alveolarventilation und Ausscheidung von Kohlendioxid gesorgt wird.
  • Grundsätzlich unterscheidet sich AAV von anderen Methoden der Überdruckbeatmung insofern, als sie ein CPAP-System ist, das konzipiert ist, um das Lungenruhevolumen zu erhöhen und die Alveolarventilation zu verstärken, wenn spontane Ventilation unzureichend ist. Das VT, das durch AAV beeinflußt wird, wird durch mehrere Faktoren bestimmt, einschließlich Entspannungszeit, Entspannungsdruck und Lungen-Brust-Compliance. Die Zeit, die erforderlich ist, damit Gas die Lunge während der Druckentspannung verläßt, wird bestimmt durch die CLT und den Gasdurchflusswiderstand. Das Produkt dieser Variablen ist die Zeitkonstante für die Exhalation. Solange die Entspannungszeit das Dreifache der Konstante übersteigt, kann die VT wiedergegeben werden als das Produkt von CLT und Entspannungsdruck.
  • Das Erhöhen des mittleren Luftwegdruckes während mechanischer Beatmung kann die kardiovaskuläre Funktion herunterdrücken. Patienten mit niedrigem intravaskulären Volumen oder beeinträchtigter Myocardfunktion reagieren besonders empfindlich auf die nachteiligen hämodynamischen Folgeerscheinungen, die mit Überdruckbeatmung verbunden sind. Obgleich mittlerer Luftwegdruck höher war, wenn Patienten mit AAV beatmet wurden, verglichen mit CMV, gab es keine offensichtlichen hämodynamischen Folgen.
  • Wenn mechanische Beatmung während AAV durch Senken des Luftwegdruckes von einem CPAP-Niveau, das titriert wird, um die Lungenmechanik zu optimieren, durchgeführt wird, übersteigt der Peak-Luftwegdruck nicht das CPAP-Niveau. Der Peak-Luftwegdruck war immer niedriger in Patienten während AAV, als wenn sie mit CMV beatmet wurden. Theoretisch sollte das Risiko von durch das Beatmungsgerät induzierter Lungenverletzung niedriger sein, wenn der Peak-Luftwegdruck das Druckniveau nicht übersteigt, das notwendig ist, um die Lungenfunktion zu optimieren.
  • Der P(A-ET)CO2 während AAV war ähnlich zu demjenigen, der bei spontan atmenden Patienten beobachtet wurde. Während spontaner Atmung wird inspiriertes Gas überwiegend zu relativ gut perfundierten Alveoli in abhängigen Lungenbereichen verteilt, und end- exspiriertes Gas nähert sich an Alveolargas an. Bei anästhesierten, paralysierten und mechanisch beatmeten Patienten wird das inspirierte Gas jedoch vorzugsweise an schlecht oder nichtperfundierte Alveoli in nicht-abhängigen Lungeneinheiten verteilt, und end-exspiriertes Gas stellt signifikanten alveolären Totraum dar. Während spontaner Atmung kann der P(a-ET)CO2 von 1 bis 3 mmHg reichen. Während CMV kann der P(a-ET)CO2 12 mmHg übersteigen und ist selten niedriger als 6 mmHg. Wenn Inspiration von einem geringeren Lungenvolumen als FRC auftritt, wird die Fehlverteilung inspirierter Luft relativ zur Perfusion übertrieben. So ist die Totraumventilation während CMV größer, insbesondere wenn das Lungenruhevolumen verringert ist, was der Umstand nach Induktion von allgemeiner Anästhesie ist. Verbesserte Beatmungseffizienz, belegt durch ein erhöhtes PaCO2·VE –1 während AAV gegen CMV, zeigt, daß Totraumventilation verringert war, wenn Patienten mit AAV beatmet wurden. Der niedrigere Peak-Luftwegdruck während AAV würde einen niedrigeren alveolären Totraum in nicht-abhängigen Lungenbereichen erklären.
  • Da die Patienten kontinuierliche neuromuskuläre Blockade erhielten, lieferten sowohl CMV als auch AAV vollständige ventilatorische Unterstützung. Die Effizienz spontanen Atmens während Operationen, die keine neuromuskuläre Blockade erfordern, kann durch die Wiederherstellung von FRC mit CPAP verbessert werden. Die Anwendung von AAV, um teilweise mechanische Unterstützung spontaner Atmung bei Patienten bereitzustellen, die nicht in der Lage sind, Eukapnie während allgemeiner Anästhesie aufrecht zu erhalten, kann mehrere Vorteile gegenüber CMV haben, einschließlich niedrigerem mittleren intrathorakalem (pleuralem) Druck, verstärktem venösen Rückfluss und verbesserter kardiovaskulärer Leistung und besserer Verteilung von inspiriertem Gasstrom, was zu verbessertem Ventilations-Perfusions-Matching führt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt effizientere Beatmung von Patienten, die allgemeine Anästhesie durchlaufen, mit signifikant niedrigerem Peak-Luftwegdruck, verglichen mit herkömmlichen CMV-Techniken, bereit. Die verbesserte Beatmungseffizienz senkt das erforderliche Minutenvolumen der Lunge und erlaubt Verringerung des Atemvolumens und/oder der Atemfrequenz, wodurch die Lungeninflationsfrequenz bzw. -größe verringert wird. Somit tritt weniger Atembewegung und eine potentielle Verbesserung der technischen Bedingungen während intraabdominale Operationen ein. Während der Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nähert sich P(a-ET)CO2 dem während spontanen Atmens beobachteten Wert, was PETCO2 zu einem genaueren Ventilationsmonitor macht als während herkömmlicher Technik.
  • Obgleich eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hierin beschrieben worden ist, sollte man verstehen, daß verschiedene Änderungen, Modifikationen oder Anpassungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen angegeben ist, abzuweichen.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Versorgung eines Patienten mit Atemgas während allgemeiner Anästhesie, welche umfaßt: Zuführungsmittel zur Versorgung des Patienten mit Atemgas; Steuerungsmittel für die Zuführung von Atemgas zum Patienten in einem Volumen oberhalb der funktionellen Residualkapazität des Patienten und für die periodische Verringerung des Druckes des Atemgases, das zum Patienten zugeführt wird, um das Ausstoßen von kohlendioxidhaltigem Gas aus dem Patienten zu erleichtern; und Mittel für die Spontanatmung, um dem Patienten zu ermöglichen, spontan zu atmen, was eine Veränderung im Lungenvolumen des Patienten bewirkt, während das Gasvolumen in den Lungen des Patienten oberhalb der funktionellen Residualkapazität des Patienten liegt, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zur periodischen Verringerung des Volumens an Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, auf ein Niveau umfaßt, das sich der funktionellen Residualkapazität des Patienten annähert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter einen Beatmungsbalg mit einem Innenvolumen in Fließverbindung mit dem Luftweg des Patienten zur Steuerung des Volumens an Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, umfaßt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen des Beatmungsbalges variiert wird, indem der Druck gesteuert wird, der auf eine Außenfläche des Beatmungsbalges ausgeübt wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Außenfläche des Beatmungsbalges ausgeübte Druck im wesentlichen einem kontinuierlichen Luftwegüberdruck des Patienten entspricht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Außenfläche des Beatmungsbalges ausgeübte Druck periodisch auf im wesentlichen Umgebungsdruck unterhalb des kontinuierlichen Luftwegüberdruckes des Patienten verringert wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Mittel zur Aufrechterhaltung des Volumen an Atemgas auf einem Niveau, das sich der funktionellen Residualkapazität des Patienten annähert, für einen vorbestimmten Zeitraum umfaßt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur periodischen Verringerung des Volumens an Atemgas Mittel zur Verringerung des Volumens in im wesentlichen gleichen Zeitintervallen einschließt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Mittel zur Steuerung des Druckes des Atemgases, das dem Patienten zugeführt wird, umfaßt, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Luftwegüberdruck im Patienten zu erzeugen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Steuerung des Druckes des Atemgases, das dem Patienten zugeführt wird, Mittel zur periodischen Verringerung des Druckes auf ein Niveau, das sich Umgebungsatmosphärendruck annähert, einschließt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, die weiter Mittel zur Aufrechterhaltung des verringerten Druckniveaus des Atemgases für einen vorbestimmten Zeitraum umfaßt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur periodischen Verringerung des Druckes des Atemgases Mittel zur Verringerung des Druckes in im wesentlichen gleichen Zeitintervallen einschließt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, die weiter Mittel zum Erfassen des Volumens an Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, umfaßt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Mittel zum Erfassen des Durchflusses von Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, und des Durchflusses von Gas, das dem Patienten ausgestoßen wird, umfaßt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Mittel zur Bestimmung des Kohlendioxidpartialdruckniveaus im arteriellen Blut des Patienten durch Erfassen des end-expiratorischen Kohlendioxids, das aus dem Patienten ausgestoßen wird, umfaßt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Mittel zum Erfassen des Druckes des Atemgases, das dem Patienten zugeführt wird, umfaßt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsmittel ein halbgeschlossenes Anästhesiegaszufuhrsystem umfaßt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das halbgeschlossene Anästhesiegaszufuhrsystem ein Kreis-CO2-Absorbersystem umfaßt.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsmittel ein geschlossenes Anästhesiegaszufuhrsystem umfaßt.
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