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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Spontanbeatmungsgerät.
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Eine tracheale Gasinsufflation (Tracheal
Gas Insufflation – TGI),
verwendet in Beatmungsgeräten, kombiniert
mit einer mechanischen Ventilation (Mechanical Ventilation – MV) über eine
endotracheale Röhre,
führt zu
einer Ventilation mit verringertem Totraum und ermöglicht die
Verwendung von geringeren Beatmungsraten und Atemzugvolumina bei
niedrigeren inspiratorischen Peak-Drücken (Peak Inspiratory Pressures – PIP).
In seiner einfachsten Form, in einer TGI, erzielt ein gerader Katheter
mit einer offenen Spitze oder Seitenlöchern eine Zuführung von
frischem Sauerstoff, der Gas enthält, um den anatomischen Totraum
auszuspülen.
Ein Totraum wird von dem Volumen der Luftröhre und der Tracheostomie oder
endotrachealen Röhre,
die verwendet wird, bestimmt, die, zum Beispiel, ungefähr 120 cc
bei einem Erwachsenen sein kann. Der Katheter kann in die Luftröhre eines
Patienten entweder über
eine endotracheale Röhre
(bzw. Schlauch) oder perkutan über eine
Tracheostomie eingeführt
werden.
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Ein Beispiel eines Beatmungsgeräts nach dem
Stand der Technik ist in dem US-Patent
Nr. 5,186,167 (nachfolgend „U.S.
5,186,167") angegeben,
das ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine intratracheale Ventilierung
(ITV) und eine intratracheale pulmonare Ventilierung (Intratracheal
Pulmonary Ventilation – ITPV)
offenbart, bei der ein Retro-Schubkatheter (Reverse Thrust Catheter – RTC), positioniert
in einer Trachea eines Patientien an der Carina, eine konstante
Zuführung
von frischem Sauerstoff, der Gas enthält, um einen anatomischen Totraum
zu spülen,
vornimmt. Der Katheter umfasst eine Katheterspitze, die die konstante
Zufuhr von frischem Sauerstoff, der Gas enthält, in einer Art und Weise
so richtet, um Subatmosphärendrücke nahe der
Carina zu erzeugen und demzufolge eine Kontrolle von intratrachealen
Luftwegdrücken
während des
gesamten Beatmungszyklus zu kontrollieren, und um eine Überfüllung der
Lungen zu verhindern. Das distale Ende des Katheters umfasst vorzugsweise
einen Diffusor, der unter einem Niveau nahe der Carina des Patienten
positioniert ist, und der eine Mehrzahl von Gasdurchgangswegöffnungen
entlang der Länge
davon besitzt. Bei hohen Gasdurchflussraten durch den Katheter,
die für
ein bestimmtes Behandlungsprotokoll ideal sein können, kann der Druck, erzeugt
durch eine Strömung
aus frischer Luft und Sauerstoff, zu einem bestimmten Gegendruck führen, der
das Ausatmen beeinträchtigen
kann und die Lungen kontinuierlich überfüllt halten kann. Um das Problem
eines Gegendrucks zu überwinden
und um eine Art und Weise zum Kontrollieren von intratrachealen
Luftwegdrücken
während
des gesamten Beatmungszyklus zu schaffen, ist die Spitze des Katheters
mit dem Diffusor versehen, der dazu dient, die frische Luft und
Sauerstoff in die Trachea hinein zu verteilen, während der Effekt des distalen
Strahls, gebildet durch einen offen endenden Katheter, beseitigt wird.
Durch Vermeiden des Effekts des distalen Strahls ist die Verwendung
des Diffusors dahingehend befunden worden, wesentlich die Drücke des distalen
Luftwegs zu verringern. Die U.S. 5,186,167 schlägt die Verwendung eines rohrförmigen Teils
mit einem geschlossenen, distalen Ende an der Katheterspitze und
mit einer ringförmigen Öffnung oder
einer Gasaustrittsöffnung
vor, um eine kontrollierte Zone mit niedrigem Druck nahe der Carina
zu erzielen. Ein Spalt bzw. Abstand „a" der ringförmigen Öffnung oder der Austrittsöffnung bestimmt
die Strömungsdruckcharakteristika
an dem Niveau der Carina für
irgendeine gegebene Gasströmungsrate
und ist dahingehend offenbart, dass er klein ist, das bedeutet in
dem Bereich von 0,005 bis 0,025 Inch (0,127 bis 0,508 mm).
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Das U.S. Patent Nummer 5,544,648
befasst sich mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen
Unterdrucks nahe der Carina eines Lebewesens, die einen Kanal oder
eine Perforation für
den Durchgangsweg eines sauerstoff-enthaltenden Gases dort hindurch
umfasst. Der Kanal oder die Perforation ist in einer Richtung distal
des Lebewesens offen, um so eine Zone eines atmosphärischen Unterdrucks
durch einen umgekehrten Venturi-Effekt während eines Ausatmens des Patienten
vorzunehmen. Der Subatmoshärendruck
in der Zone erleichtert ein Entfernen von Kohlendioxid aus den Lungen des
Patienten und ermöglicht,
dass eine intratracheale und/oder intratrachealepulmonare Beatmung
bei Drücken
geringer als solche durchgeführt
wird, die herkömmlich
für eine
solche Beatmung erforderlich sind. Die vorstehende Vorrichtung ist
allgemein von dem Typ, der in der U.S. 5,186,167 beschrieben ist (d.
h.: ein RTC). Gemäß der U.S.
5,544,648 vermeidet die Vorrichtung die Risiken, die für TC's spezifisch sind,
und zwar die Möglichkeit
eines Abnehmens eines rohr- bzw. schlauchförmigen Elements in diesen Vorrichtungen
und die Möglichkeit
von Komplikationen einer chirurgischen Entfernung des rohrförmigen Elements
von den Bronchien oder Lungen des Lebewesens. Die Vorrichtung in
der U.S. 5,544,648 erreicht das Vorstehende entweder durch Beseitigen des
rohrförmigen
Elements von früheren
Umkehr-Venturi-Vorrichtungen, oder durch Vorsehen einer Schulter,
die sicher eine distale Bewegung und einen Verlust davon verhindert.
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In Pilotstudien an einem Schaf, unter
Verwendung von Beatmungsvorrichtungen des Stands der Technik, ist
herausgefunden worden, dass das frühe Ansprechen nach einer RTC,
wie beispielsweise eine solche, die in der U.S. 5,186,167 beschrieben ist,
perkutan über
eine Mini-Tracheostomie in die Trachea bzw. Luftröhre eines
wachen Schafes eingeführt
wurde, was ähnlich
zu demjenigen war, was bei einem intubierten Schaf beobachtet worden
war (wobei der Katheter in die Trachea des Schafes über eine
endotracheale Röhre
eingeführt
wurde), nämlich eine
Abnahme in der Beatmungsrate, ein niedrigeres, spontanes, tidales
Volumen und ein verringerter Aufwand beim Atmen. Allerdings wurde
nach einigen Minuten bis Stunden beobachtet, dass sich das Beatmungsmuster
des Schafes änderte,
unter einem Schwanken zwischen einem normalen Muster und einem neuen,
nicht erwarteten Muster. Bei diesem nicht erwarteten Muster sammelte
sich, unter einem spontanen, lang anhaltenden Schließen der
Glottis des Schafes (d. h. der Kehlkopf eines Tieres, die Stimmlippen
enthaltend, zusammen mit Nebenmuskeln, verwendet bei der Stimmbildung),
das eingeblasene Gas innerhalb der Lungen an, wodurch diese passiv
ohne Anstrengung auf seiten des Schafes expandierte. Diese Expansion
der Lungen wurde dahingehend beobachtet, dass sie gelegentlich durch
eine spontane Öffnung
der Glottis freigesetzt wurde, was zu einem Ausatmen führte. Das
vorstehende, unerwartete Muster wurde dahingehend beobachtet, dass es
durch gemessene, intrapulmonare Luftwegdrücke gekennzeichnet war, die
häufig
gefährlich
hoch waren.
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In dieser Hinsicht ist anzumerken,
dass die Glottis des Schafes sowohl während des Einatmens als auch
während
des Ausatmens aktiv ist, und als ein Ventil wirkt, das die Trachea
und demzufolge die Lungen zu der umgebenden Atmosphäre öffnet und schließt. Ein
Schließen
der Glottis verhindert einen Verlust von Luft durch den Mund und
die Nase, was zu einem Einatmen führt, verbunden mit der Einleitung
von Sauerstoff, der Gas enthält,
in die Trachea über
den Katheter. Unter der Annahme, dass die gesamte Arbeit, die benötigt wird,
um einen Muskel, der die Glottis bewegt (die weniger als 1 g wiegt),
vernachlässigbar
ist, und unter der Annahme, dass eine geringe oder keine Anstrengung
nötig ist,
um die Brustwand zu erweitern oder das Diaphragma zu bewegen, wurde,
letztend lich, die potentielle Energie von dem komprimierten Gas,
das in die Trachea über den
Katheter eingeführt
wird, in dem vorstehenden Experiment verbraucht, um die Lungen zu
expandieren, so dass ein Ausatmen passiv verbleibt. Allerdings führte nachteilig,
wie dies zuvor beschrieben ist, die Erweiterung der Lungen zu gefährlich hohen Drücken, die
häufig
darin während
des Beatmungszyklus vorhanden sind, wobei die Drücke nicht effektiv durch eine
spontane (Öffnung
der Glottis freigesetzt wurden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
die Nachteile, die dem Stand der Technik zugeordnet sind, zu beseitigen,
durch Schaffen eines Sontanbeatmungsgeräts, das das Aufbauen von gefährlich hohen
Drücken
in den Lungen während
der Insufflation vermeidet.
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein
Spontanbeatmungsgerät
zu schaffen, das die Verwendung eines endotrachealen Schlauchs vermeidet,
wodurch demzufolge das Erfordernis zu einem wiederholten Reinigen
des Schlauchs beseitigt wird. Ein Reinigen des endotrachealen Schlauchs
erfordert gewöhnlich
ein Saugen durch eine externe Einrichtung. Der vorstehende Vorgang
ist nicht nur unbequem und aufwendig für die betroffene Person, sondern
erhöht
auch das Risiko eines Entstehens bakterieller Infektionen, wie beispielsweise
nosokominale Pneumonie, und zwar in die Trachea hinein aufgrund
der häufigen
Manipulation des Beatmungsgeräts,
das dem endotrachealen Schlauch zugeordnet ist. Die Spontanbeatmungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
beseitigt die vorstehenden Nachteile, was zu einer spontanen On-Line-Reinigung
von Schleim von der Trachea führt.
Zusätzlich
verringert die Beseitigung eines endotrachealen Schlauchs an der spontanen
Beatmungsvorrichtung vorteilhafterweise das Risiko einer trachealen
Aspiration und behindert weiterhin nicht das Schlucken, das Essen,
das Trinken, die Sprache und das Husten.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein
Spontanbeatmungsgerät
zu schaffen, das einen Katheter umfasst, konfiguriert zum Unterstützen eines
Schleimflusses in einer Richtung nach außen der Trachea, was demzufolge
einen mukoziliären
Transport unterstützt.
Diese Ausführungsform
ist dazu geeignet, intratracheale Luftwegdrücke während des Ausatmungszyklus
zu kontrollieren, während
wesentlich das Risiko einer trachealen Verletzung von dem Luftstrahl,
der von dem Katheter austritt, verringert wird.
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Die vorstehenden Aufgaben, zusammen
mit anderen Aufgaben, die anhand der Beschreibung, die folgt, ersichtlich
werden, werden gemäß der Erfindung
durch Schaffen eines Spontanbeatmungsgeräts gelöst, das aufweist: eine Sauerstoffquelle,
die Gas ent hält;
einen Katheter, welcher in Durchflusskommunikation mit der Sauerstoffquelle
steht, die Gas enthält,
und so adaptiert ist, dass er für
die Zulieferung eines sauerstoffhaltigen Gases durch eine Tracheostomie
in die Trachea eines Lebewesens eingeführt werden kann; einen Tracheostomieschlauch, welcher
neben dem Katheter positioniert ist und ein Ende umfasst, welches
für das
Positionieren desselben in der Trachea eines Lebewesens adaptiert
ist; und ein druckbetätigtes
Schwellenventil, welches mit einem anderen Ende des Tracheostomieschlauchs verbunden
ist, wobei das Ventil so konfiguriert ist, dass es ein möglicherweise
in der Trachea des Lebewesens vorhandenes Gas an einem Ende des
Tracheostomieschlauchs entlüftet,
wenn dieses Gas einen Grenzdruckwert des Ventils überschreitet,
so dass das Ventil auf diese Weise den Druck innerhalb der Trachea
des Lebewesens effektiv reduziert, wenn derselbe Druck innerhalb
der Trachea des Lebewesens den Grenzwertdruck überschreitet.
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Der Katheter ist vorzugsweise ein
Retroschubkatheter, der ein Venturiende umfasst, welches für einen
direkten Durchfluss des sauerstoffhaltigen Gases in eine Richtung
adaptiert ist, welche im Wesentlichen in Richtung der Glottis des
Lebewesens ausgerichtet ist.
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Das Venturiende weist vorzugsweise
auf: eine Katheterspitze, welche eine Mehrzahl von Löchern darin
definiert, um den Austritt von sauerstoffhaltigem Gas aus dem Katheter
zu ermöglichen;
und ein rohrförmiges
Teil, welches mit der Katheterspitze verbunden ist, um das sauerstoffhaltige
Gas, das von den Löchern
austritt, in der Richtung im Wesentlichen zu der Glottis des Lebewesens
hin zu richten, wobei das rohrförmige
Teil und ein Außenumfang
des Katheters zusammen einen Venturiabstand dazwischen definieren.
Der Venturiabstand ist vorzugsweise ungefähr 0,025 Inch (0,635 mm).
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Der Katheter ist vorzugsweise im
Wesentlichen innerhalb des Tracheostomieschlauchs angeordnet, wodurch
eine Katheterrohranordnung gebildet wird, wobei die Katheterrohranordnung
so angepasst ist, um in die Trachea des Lebewesens über eine
einzelne Tracheostomie eingeführt
zu werden.
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Das druckbetätigte Schwellenventil ist vorzugsweise
ein ununterbrochen betriebenes, positives Luftwegschwellenventil
(kontinuierliches, positives Luftwegdruckventil).
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Vorzugsweise umfasst das druckbetätigte Schwellenventil
einen Sensor darin zum Erfassen einer Betätigung des Ventils, um das
Gas innerhalb der Trachea des Lebewesens freizusetzen, wenn der Druck
innerhalb der Trachea des Lebewesens den Schwell wertdruck übersteigt,
wobei die Vorrichtung weiterhin ein Betätigungsglied zum Stoppen, oder Verringern,
eines Flusses des Sauerstoff enthaltenden Gases von der Quelle des
Sauerstoff enthaltenden Gases in den Katheter hinein, wenn der Sensor eine
Betätigung
des Ventils erfasst, aufweist.
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Ein Schwellwert-CPAP-Ventil ist ein
wichtiger Teil der Erfindung, da die Vorrichtung gemäß der Erfindung
eine spontane Art einer Airway Pressure Release Ventilation nachahmt,
obwohl deren Mechanismus unterschiedlich ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung, die für
Patienten mit akuten oder chronischen Atmungsbeschwerden geeignet
ist, die mit einer oronasotrachealen Intubation arbeitet, stark die
anatomische Totraumbelüftung
verringert, zu einer spontanen Ventilierung unter kleinen Atemvolumina
und unter niedrigen Ausatmungsraten führt, das Erfordernis eines
trachealen Saugens (Reinigens) beseitigt und stark die Anstrengung
eines spontanen Beatmens verringert, wobei weiterhin stark das Erfordernis
nach einer mechanischen Ventilierung verringert wird.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist einfach und relativ nicht-invasiv und ermöglicht eine Spontanbeatmung
bei einer ernsthaften, akuten Atmungsbeschwerde, ohne Intubation
und ohne nachteilige Effekte davon, ohne das Erfordernis, einen mechanischen
Ventilator zu verwenden, was eine kontrollierbare Einrichtung für einen
Luftwegdruck ergibt, was eine tracheale Selbstreinigung über die RTC
erleichtert und ein Husten, Essen, Trinken und eine Stimmbildung
ermöglicht.
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Die vorstehenden Aufgaben der Erfindung, zusammen
mit anderen Aufgaben und Vorteilen, die durch deren Verwendung erzielt
werden können, werden
unter Lesen der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung
ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen vorgenommen
wird. In den Zeichnungen, in denen entsprechende Bezugszeichen entsprechende
Bauelemente bezeichnen:
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Trachea, die durch einen
RTC und einen Tracheostomieschlauch durchdrungen ist, in einer ersten
Ausführungsform
eines Spontanbeatmungsgeräts
gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Trachea, durchdrungen
durch einen RTC und einen TT in einer zweiten Ausführungsform eines
Spontanbeatmungsgeräts
gemäß der Erfindung;
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3a zeigt
eine schematische Seitenaufrissansicht eines Venturiendes eines
RTC des Spontanbeatmungsgeräts
gemäß der Erfindung;
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3b zeigt
eine schematische, vergrößerte Seitenaufrissansicht
der Venturispitze des RTC, dargestellt in 3a;
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4 zeigt
eine schematische Ansicht eines Schwellwert-CPAP-Ventils, verwendet
in dem Spontanbeatmungsgerät
der Erfindung;
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5 zeigt
eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Schwellwert-CPAP-Ventils
der 4, verwendet in
dem Spontanbeatmungsgerät
der Erfindung; und
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6 zeigt
eine schematische Ansicht des Schwellwert-CPAP-Ventils der 4, verbunden mit einer Quelle
eines Sauerstoff enthaltenden Gases, verwendet in dem Spontanbeatmungsgerät der vorliegenden
Erfindung.
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In den 1 und 2 nun ist eine Trachea 1 in einer
schematischen Form dargestellt, umfassend Stimmlippen 3 in
dem Bereich des Kehlkopfs oder der Glottis. Die Stimmlippen 3 sind
in diesen Figuren in unterbrochenen Linien dargestellt, um eine
offene Position anzudeuten, und in durchgezogenen Linien, um eine
geschlossene Position anzudeuten. Die Trachea 1 wird durch
einen RTC-Katheter 5 durchdrungen, der in einer strömungsmäßigen Verbindung
mit einer Quelle eines Sauerstoff enthaltenden Gases 7 zum
Zuführen
des Gases zu der Carina 4 des Lebewesens steht. Die Quelle 7 kann
irgendeine herkömmliche
Quelle eines Sauerstoff enthaltenden Gases, verwendet in Beatmungsgeräten, sein.
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In 1 wird
die Trachea zusätzlich
durch einen dünnwandigen
TT 9, verbunden mit einem Schwellwert-CPAP-Ventil 11,
durchdrungen. In 2 ist
der RTC innerhalb des TT an seinem Durchdringungsbereich in die
Trachea hinein gehalten, wodurch die Vorrichtung der 2 demzufolge eine einzelne
Mini-Tracheostomie benötigt.
Das Schwellwert-CPAP-Ventil 11 kann irgendein herkömmliches Ventil
sein, das so betätigt
wird, um das Gas innerhalb des TT 9 als eine Funktion des
Drucks, der innerhalb des TT vorhanden ist, freizugeben. Die Spitze
des RTC 5 ist mit einem Retroventuriende 13, dargestellt
schematisch in den 1 und 2, versehen, und wird in
weiterem Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3a und 3b beschrieben. Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, wird, während eines Einatmens,
wenn die Stimmlippen 3 geschlossen sind, wie dies in durchgezogenen
Linien angegeben ist, das Sauerstoff enthaltende Gas, das in die
Carina eingeführt
wird, in der Richtung der Stimmlippen freigegeben, und, aufgrund
von geringeren Drücken
in den Bronchien, wird es in die Bronchien hinein abgeleitet, wie
dies durch Pfeile 1 in durchgezogener Linie angegeben ist.
Während
eines Ausatmens, wenn die Stimmlippen 3 offen sind, wie
dies in unterbrochenen Linien angegeben ist, wird das Sauerstoff
enthaltende Gas, wenn es noch über
den RTC zugeführt
wird, zusammen mit dem Kohlendioxid enthaltenden Gas, das die Lungen
in der Richtung der Stimmlippen verlässt, freigegeben, und führt in diese
Richtung fort, bis es die Trachea verlässt, wie dies durch Pfeile
E in unterbrochener Linie angedeutet ist. Gemäß der Erfindung können Gase
in den Lungen entweder durch die Stimmlippen 3, wenn die
Lippen offen sind, oder über
das Schwellwert-CPAP-Ventil 11, wie dies in weiterem Detail
nachfolgend beschrieben wird, freigegeben werden.
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In 2 wird
der RTC 5 innerhalb des TT 9 gehalten, wie dies
vorstehend beschrieben ist, und ist darin außerhalb der Trachea durch eine
Haltevorrichtung 15 positioniert, wie dies dargestellt
ist. Die Haltevorrichtung 15 ist so konfiguriert, um den
RTC 5 in der Richtung der Quelle der Sauerstoff enthaltenden Luft 7 einerseits
zu richten und andererseits weiterhin zu ermöglichen, dass der TT 9 in
einer Strömungsverbindung
mit dem Schwellwert-CPAP-Ventil 11 platziert werden kann.
Zum Beispiel kann, wie in 2 dargestellt
ist, die Haltevorrichtung 15 eine äußere Ummantelung, die das äußere Ende
des TT 9 darin aufnimmt, und einen Endstopfen 19,
der passend innerhalb einem Ende der äußeren Ummantelung 17 aufgenommen
ist und einen RTC 5 darin zum Zentrieren des RTC innerhalb
des TT in einem Bereich außerhalb
der Tracheostomie aufnimmt, umfassen.
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Wie in den 3a und 3b zu
sehen ist, ist das Retroventuriende 13 an der Spitze des
RTC 5 so ausgelegt, um die Luftströmung und den Sauerstoff, die
von dem Ende des RTC von der Carina 4 weg austreten, zu
richten. Dementsprechend umfasst das Venturiende 13 eine
Gasauslassöffnung 21,
die die Luftströmung
und Sauerstoff von dem distalen Ende 22 der Katheterspitze
weg richtet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Katheterspitze
einen rohrförmigen
Abschnitt 24, der ein geschlossenes, distales Ende 22 besitzt,
das fest an dem Ende des RTC 5 befestigt ist. Der rohrförmige Abschnitt 24 besitzt
weiterhin ein offenes Ende 26, das eine ringförmige Öffnung oder
eine Gasauslassöffnung 21 definiert.
Das Ende des Katheters, das durch den rohrförmigen Abschnitt der Kathederspitze
umschlossen ist, umfasst eine Anzahl von Öffnungen 28, durch
die Luft und Sauerstoff von dem Katheter 5 durch die Auslassöffnung 21 hindurchtritt.
Der Spalt bzw. Abstand „D" der ringförmigen Öffnung 21 bestimmt
die Strömungsdruckcharakteristika
unter dem Niveau der Carina für
eine gegebene Gasströmungsrate. Der
Spalt „D" ist entsprechend
der vorliegenden Erfindung so ausgewählt, dass er ungefähr 0,025
Inch (0,635 mm) beträgt.
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In 4 ist
ein herkömmliches
CPAP-Ventil in schematischer Form dargestellt. Das Schwellwert-CPAP-Ventil 11 umfasst
einen Körper
bzw. ein Gehäuse 30 mit
einem federbetätigten
Tellerventil 32 darin. Das Tellerventil 32 steht
in Druckverbindung mit dem TT 9, wie dies dargestellt ist.
Das Gehäuse 30 des
CPAP-Ventils 11 definiert weiterhin eine Gasbelüftung 34.
Im Betrieb wird, wenn der Druck innerhalb des TT 9, wie
dies schematisch durch einen Pfeil A dargestellt ist, einen Schwellwertdruck übersteigt, wie
dies durch die Federn 36 bestimmt ist, das Tellerventil 32 in
einer Richtung bewegt, um zu ermöglichen,
dass Gase innerhalb des TT 9 über die Gasbelüftung 34 entlüftet werden,
wie dies durch einen Pfeil B in unterbrochener Linie angedeutet
ist. Demzufolge ist deutlich, dass eine Auswahl eines Schwellwert-CPAP-Ventils 11 den
Schwellwertdruck innerhalb des TT 9, und demzufolge innerhalb
der Lungen, bestimmt.
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5 zeigt
schematisch eine Ansicht einer anderen Ausführungsform des Schwellwert-CPAP-Ventils
der 4. In 5 können zusätzliche Luft und/oder Sauerstoff über das
Ventil 40 in der Richtung des Pfeils C während irgendeiner Phase
des Einatmungszyklus zugeführt
werden, wie dies durch einen Drucksensor 41 bestimmt ist.
Die zusätzliche
Luft und/oder der Sauerstoff können dann
zugeführt
werden, wenn die Gasströmung durch
den RTC-Katheter in seiner Strömung
eingeschränkt
ist, oder wenn ein schnellerer Anstieg in dem Luftdurchgangswegdruck
erwünscht
ist.
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Wie in 6 dargestellt
ist, kann das Schwellwert-CPAP-Ventil 11, dargestellt in 4, so modifiziert werden,
um einen Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigung des
Ventils 11 in Abhängigkeit eines
Schwellwertdrucks innerhalb des TT 9 zu umfassen. Wie in
der Figur dargestellt ist, ist dieser Sensor mit einem Betätigungsglied 38 verbunden,
das, in einer herkömmlichen
Art und Weise, die Quelle der Sauerstoff enthaltenden Luft in Bezug
auf den RTC 5 verschließt oder verringert, was demzufolge
bewirkt, dass die Quelle 7 die Zufuhr von Sauerstoff enthaltendem
Gas zu dem Katheter unterbricht oder verringert. In der vorstehenden
Anordnung werden, wenn der Schwellwertdruck in dem Bereich der Carina,
wie er durch das Schwellwert-CPAP-Ventil 11 erfasst ist, überschritten wird,
die Gase innerhalb der Lunge über
die Gasbelüftung 34 abgelassen,
während, gleichzeitig,
die Zufuhr von Sauerstoff enthaltendem Gas zu dem RTC 5 unterbrochen
oder verringert wird.
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Im Betrieb wird das Sauerstoff enthaltende Gas
in die Trachea über
den RTC entweder kontinuierlich, oder intermittierend, falls das
Spontanbeatmungsgerät
ein Ventil enthält,
wie es in 6 dargestellt
ist, zugeführt.
Während
eines Einatmens tritt das Sauerstoff enthaltende Gas in die Lungen
ein, wie durch Pfeile 1 in durchgezogener Linie in den 1 und 2 dargestellt ist, wobei sich die Stimmlippen
spontan schließen.
Während
eines Ausatmens öffnen
sich die Stimmlippen spontan, was zulässt, dass Gase die Lungen verlassen,
wobei in diesem Fall das Sauerstoff enthaltende Gas das Venturiende 13 des
RTC 5 verlässt,
wie dies durch Pfeile E in unterbrochener Linie in den 1 und 2 dargestellt ist. In dem Fall, dass
die Stimmlippen verschlossen während
der Zeitperiode verbleiben, wenn das Ausatmen auftreten soll, baut
sich Druck in den Lungen und in der Trachea auf. Wenn dieser Druck
einen Schwellwert erreicht, wie er durch das Schwellwert-CPAP-Ventil 11 bestimmt
ist, ausgewählt
für diesen
Zweck, öffnet
sich das Schwellwert-CPAP-Ventil, um überschüssige Gase auszulassen, was
demzufolge den Luftwegdruck bei nur dem Druck des Schwellwert-CPAP-Ventils
hält. Während eines
Ausatmens verlässt
das Sauerstoff enthaltende Gas das Venturiende 13 in einer
Richtung im Wesentlichen zu den Stimmlippen hin, was einen Schleimtransport
in dieser Richtung unterstützt.
In der Ausführungsform der 2 erfordert das Platzieren
des RTC 5 innerhalb des TT 9 vorteilhafterweise
eine einzelne Tracheostomie.
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Demzufolge wird, gemäß der Erfindung,
um eine vollständige
Sicherheit des Lebewesens sicherzustellen, ein dünnwandiger RTC über eine
Mini-Tracheostomie, verbunden mit dem Schwellwert-CPAP- oder dem
Ausatmungsdruck-(PEEP)-Ventil mit positivem Ende, in die Trachea
des Lebewesens eingeführt.
Die vorstehende Anordnung liefert ein Mittel, um sicherzustellen,
dass irgendeine überschüssige Luftströmung oberhalb
eines vorbestimmten Drucks, eingestellt durch das Schwellwert-CPAP-Ventil,
unschädlich
nach Eintritt in die Trachea, abgelassen wird. Optional kann sowohl
der RTC als auch der TT in einem konzentrischen Kathetersystem kombiniert werden.
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Wie zuvor angeführt ist, basiert der TGI-Katheder
der vorliegenden Erfindung auf dem RTC-Katheter-Design, das in der
U.S. 5,186,167 offenbart ist, mit der Ausnahme, dass das Gas, das
das Venturi definiert, von dem Bereich von 0,005 Inch bis 0,020 Inch (0,127
bis 0,508 mm) in dem vorstehenden Patent auf ungefähr 0,025
Inch (0,635 mm) erhöht
wird. Mit dem RTC, ursprünglich
ausgelegt dazu, innerhalb eines endotrachealen Schlauchs vorhanden
zu sein, der invariabel einen kleinen inneren Durchmesser verglichen
mit dem Lumen der Trachea hat, erleichtert das Venturi, das einem
Standard-Spalt von 0,001 Inch (0,254 mm) zugeordnet ist, stark ein
Ausatmen, insbesondere unter hohen Atmungsraten, und stellt weiterhin
sicher, dass Schleim über
den endotrachealen Schlauch ausgestoßen wird, was ihn sauber hält, ohne
das Erfordernis eines Absaugens. Allerdings wird, wenn der RTC in
der Trachea eines Menschen oder eines Tiers (das einen Innendurchmesser viel
größer als
derjenige des endotrachealen Schlauchs besitzt), positioniert wird,
wie in dem Fall der vorliegenden Erfindung, die Auswahl eines optimalen
Spalts durch die folgenden Betrachtungen geleitet:
- – da
die Trachea viel größer als
ein endotrachealer Schlauch ist, wird ein Ausatmen nicht eine Unterstützung erfordern,
wie dann, wenn sie über den
endotrachealen Schlauch vorgenommen wird; und
- – die
hohe Geschwindigkeit von Gas, das von dem Venturiende des RTC austritt,
kann die tracheale Mucosa beschädigen,
weshalb eine niedrige Gasauslassgeschwindigkeit bevorzugt ist.
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In einer Studie über das Spontanbeatmungsgerät gemäß der Erfindung
wurde dort, wo ein größerer RTC-Venturispalt
ungefähr
0,025 Inch (0,635 mm) beträgt,
keine mucosale Verletzung nach mindestens drei Tagen beobachtet.
Zusätzlich
wurde ein mucozilliärer
Transport dahingehend beobachtet, dass er durch das Gas mit niedriger
Geschwindigkeit, das von dem RTC in der Cephalad-Richtung (d. h.
in der Richtung des Mundes) austritt, erhöht worden ist, wobei dieses
Phänomen
zusätzlich
ein Ausatmen erleichtert. Die Trachea wurde dahingehend beobachtet,
dass sie sauber von Schleim und Sekretionen zumindest während der
Dauer der Studien für
drei Tage verblieben ist.
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Es wurde weiterhin beobachtet, das
ein Schaf, platziert an dem Spontanbeatmungsgerät gemäß der Erfindung, gefolgt durch
eine Instrumentierung und einem Erwachen von der Anästhesie,
ein Einatmen über
die Glottis innerhalb von ein paar Stunden fortführt. Ein Atmen über die
Glottis ist als ein spontanes Atmen definiert, erreicht durch das Schließen der
Glottis, was ermöglicht,
dass eine TGI-Gasströmung
die Lungen bis zu einem Druck, bestimmt durch das Schwellwert-CPAP-Ventil,
füllt. Dieser
Schwellendruck kann, zum Beispiel, einen Wert von 5, 10, 15, 20
oder sogar 25 cm H2O haben und kann spontan
für 1,
5, 10 oder sogar 120 Sekunden aufrechterhalten werden, bis ein spontaner
Antrieb, um zu atmen, wieder von einem Anstieg in dem arteriellen
Partialblutniveau von CO2 beginnt, was zu einem
verlängerten
Atemhalten führt.
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Es ist beobachtet worden, das ein
Atmen über
die Glottis spontan bei einem gesunden Schaf auftritt. Ein Atmen über die
Glottis kann weiterhin nach einer kontinuierlichen Infusion eines
milden Beruhigungsmittels, wie beispielsweise Diazepam, erleichtert
werden, wobei ein Atmen über
die Glottis innerhalb von Sekunden nach einer solchen Infusion beginnt.
Wenn eine TGI-Gasströmung
unterbrochen wird, ist beobachtet worden, dass ein normales Atmungsmuster
innerhalb von 20 Sekunden wieder beginnt.
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Mit der Vorrichtung und dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung ist eine starke Abnahme bei der Anstrengung,
die für
ein Einatmen erforderlich ist, beobachtet worden, wie sie von pleuralen
Druckänderungen
beeinträchtigt
ist, verglichen mit Basiswerten (das bedeutet die Anstrengung, die
zum Einatmen erforderlich ist, wenn die Gasströmung dem TGI-Katheter gestoppt
wird). Kombiniert mit einer vorteilhaften Abnahme in der Beatmungsrate
kann abgeschätzt
werden, dass die Anstrengung beim Atmen (bezeichnet als „sehr geringe
Arbeit") und das Druck-Zeit-Produkt
(PTP), das dem Atmen zugeordnet ist, um einen Betrag in dem Bereich
von 75% bis 95% oder mehr, bei einem gesunden Schaf, verringert
wird.
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In vorbereitenden Tests, die bei
einem Schaf mit einem ernsthaften, akuten Atmungsleiden, gefolgt
durch eine Ölsäureinfusion,
vorgenommen wurden, ist ein Atmen über die Glottis dahingehend
beobachtet worden, dass es die ausschließliche Form eines Atmens ist,
im Gegensatz zu dem Fall bei einem gesunden Schaf. Ein Wiederherstellen
eines ernsthaften, akuten Atemleidens mit der Vorrichtung und dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung beginnt innerhalb von Stunden
nach einer solchen pulmonaren Ventilierung, mit einer Gewöhnung an
Raumluft innerhalb von 9–12
Stunden.
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Beispiel 1
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Ein dünnwandiger Katheter, mit einem
Innendurchmesser von 4,5 mm, wurde über eine Mini-Tracheostomie
eingeführt.
Ein modifizierter Retroschubkatheter (d. h. ein solcher, der einen
Venturispalt von ungefähr
0,025 Inch (0,635 mm) besaß), wurde
hindurchgeführt.
Der dünnwandige
Katheter wurde mit einem Schwellwert-PEEP-Ventil verbunden, um sicherzustellen,
dass der tracheale Luftweg-Druck niemals einen erwünschten
Schwellwert überstieg.
Das Gas, das über
den RTC zugeführt wurde,
war gut entfeuchtet.
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In Studien an einem gesunden Schaf
erniedrigte sich, mit einem Beginn einer Luftströmung, die Atmungsrate von 24–38 pro
Minute auf 6–12
pro Minute, und pleurale Druckexkursionen nahmen von 8–12 cm H2O auf 3–5
cm H2O ab. Noch wichtiger betrug der durchschnittliche
Luftwegdruck 3–6
cm H2O in Abhängigkeit von dem Schwellwert-PEEP-Ventil, und bei Luftströmung. Zeitweise
atmete das Schaf weiter ein (mit Gas, zugeführt über den RTC), und zwar mit
der Glottis geschlossen. Das Vorstehende führte zu einem passiven Auffüllen der
Lungen, was durch den Druckschwellwert des Schwellwert-PEEP-Ventils begrenzt
wurde. Ein Ausatmen wurde eingeleitet, wenn sich die Glottis spontan,
und kurz, öffnete.
In Studien an fünf
Schafen, jede drei Tage dauernd, und unter einer RTC-Strömung von 10–15 Litern
pro Minute, wurde keine macroskopische, tracheale, mucosale Verletzung
oder Akkumulation von Sekretionen vorgefunden.
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Beispiel 2
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Die Vorrichtung und das Verfahren
der Erfindung wurden in einem Modell einer ernsthaften Ölsäure-Lungenverletzung
bei drei Schafen angewandt, schwach beruhigt mit Ketamin, in Form
einer Infussion mit einer Totaldosis von 60 mg/kg, in drei separaten
Dosen, 10 Minuten voneinander beabstandet. Unmittelbar nach Anschließen des
Schafes an dieses System änderte
sich dessen Atmungsmuster, dabei war ein längeres Schließen der
Stimmlippen während
des Einatmens vorhanden, mit einer kurzen Öffnung der Stimmlippen während des
Ausatmens, wobei das gesamte Gas zu den Lungen über den RTC-Katheter zugeführt wurde. Der Luftweg-Plateaudruck
passte sich demjenigen des Schwellwert-PEEP-Ventils an. Das bedeutet,
dass, mit einem Schwellwert-PEEP-Ventil, das einen Schwellendruck von
15 cm H2O besitzt, das Plateau oder der
Schwellendruck in dem Luftweg 15 cm H2O
ebenso betrug. Der durchschnittliche Luftwegdruck von 8–12 cm H2O war deshalb über die Auswahl des Schwellwert-PEEP-Ventils
einstellbar.
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Das Beatmungsmuster war tatsächlich ähnlich zu
einer Airway Pressure Release Ventilation, obwohl dessen Mechanismus
unterschiedlich ist. Die Beatmungsrate verringerte sich stark. Die
pleuralen Druckverschiebungen verringerten sich, und, kombiniert
mit einer verringerten Atmungsrate, zeigten sich in einer stark
verringerten Anstrengung beim Atmen. Bei dem Verbessern arterieller
Blutgase wurden Ketamin und FiO2 zunehmend
verringert. Ein Gewöhnen
an Raumluft trat mit 8–12
Stunden auf. Die Brust-Röntgenfilme
wurden zunehmend klarer. Während
des späteren
Teils der Studie wurde Schafen ermöglicht, nach Belieben zu essen
und zu trinken.
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Die Trachea wurde nicht abgesaugt.
Nach einem Gewöhnen
an Raumluft wurden die Schafe geopfert. Die Trachea war ohne Ansammlung
von Sekretionen. Die Lungen erschienen ödematös.
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Es wird ersichtlich werden, dass
die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche modifiziert
werden kann.