DE69928505T2

DE69928505T2 - Vorrichtung zur verbesserung der verteilung von gas

Info

Publication number: DE69928505T2
Application number: DE69928505T
Authority: DE
Inventors: Luciano Gattinoni
Original assignee: Maquet Critical Care AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: EP1063955A1; US6461315B1; SE9800855D0; DE69928505D1; EP1063955B1; JP2002506684A; WO1999047096A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Verteilung von Gas in den Lungen eines Patienten während einer Atmungsbehandlung.
Eine Atmungsbehandlung ist für viele Patienten lebenswichtig und hat über die Jahre zahlreiche Leben gerettet. Die Ausrüstung, d.h. die Ventilatoren und die Respiratoren, wurde derart weiterentwickelt, dass sie in der Lage ist, eine Vielzahl von unterschiedlichen Beatmungsmoden mit einer hohen Genauigkeit hinsichtlich des zugeführten Atemgasdrucks und -volumens vorzusehen.
Bei der Behandlung von Patienten mit schwerkranken Lungen (aufgrund Krankheit oder Verletzung) gibt es häufig das Problem, eine lebenserhaltende Behandlung vorzusehen, ohne durch die Behandlung selbst Schäden an den Lungen zu riskieren.
Bei vielen dieser Patienten sträuben sich die Ärzte, einen höheren Druck als 35 cm Wassersäule (cm H₂O) vorzusehen, da dies ein Grenzwert ist, der auf einer Consensus-Konferenz im Jahre 1994 vorgeschlagen wurde. Dieser Druckgrenzwert soll sich auf den transmuralen Druck beziehen, wird aber gelegentlich als Spitzendruck (PIP) missgedeutet.
Das Atemvolumen bei Patienten mit schwerkranken oder verletzten Lungen ist oftmals sehr gering und kann bei einem Erwachsenen sogar so gering wie das Atemvolumen eines Säuglings sein (daher der Ausdruck "Säuglingslungen-Syndrom", engl.: "Baby lung syndrome").
Aufgrund des Zustandes der Lunge kann der Druck in den verschiedenen Kammern der Lunge stark variieren und einige Kammern oder Anhäufungen von Alveolen können kollabiert sein.
Eine kollabierte Alveole ist mit einem Ballon vergleichbar. Schon allein um sie dazu zu bringen, sich aufzublasen (sich zu öffnen), ist ein hoher Druck erforderlich, aber sobald sie sich einmal geöffnet hat, reicht für ein weiteres Aufblasen ein niedrigerer Druck aus. Wenn der erforderliche Druck aus einem Ventilator zugeführt wird, können andere Teile der Lunge Drücken ausgesetzt werden, die eine Überdehnung verursachen können (wodurch der wichtige Austausch von Gas zwischen den Lungen und dem Kreislaufsystem unterbrochen wird) oder sogar ein Barotrauma.
Führt man dem Patienten Atemgas mit einem Druck zu, der die Lunge nicht schädigen wird, wird das Gas höchstwahrscheinlich in gesunde Teile der Lungen verteilt werden. Dies kann dazu führen, dass der Zustand kranker oder verletzter Teile der Lungen sich weiter verschlechtert.
Der Gasaustausch zwischen den Lungen und dem Kreislaufsystem ist im unteren Teil der Lungen nahe dem Zwerchfell besser. Der Grund hierfür ist die bessere Durchblutung in diesen Teilen der Lungen. Da aber diese Teile vom Ventilator (oder der Trachea) am weitesten entfernt sind, ist mehr Zeit erforderlich, um die Gase in diesen unteren Teilen aus den Lungen zu transportieren und durch frisches Gas zu ersetzen. Es wäre förderlich für den Patienten, wenn die unteren Teile der Lungen eine ausreichende Ventilation erhalten würden.
Von daher ist es wichtig, in den Lungen eine gleichmäßige Verteilung von zugeführtem Atemgas zu erreichen.
Die meisten Patienten werden während der Behandlung in eine Rückenlage gebracht. Die visuelle Überwachung des Zustandes der Patienten durch das Personal sowie der Zugang für andere Geräte, wie z. B. ein Infusionsgerät, ein Elektrokardiograph, ein Elektroenzephalograph, etc. sind viel besser, wenn sich der Patient in der Rückenlage befindet.
Versuche haben gezeigt, dass nicht weniger als 70% der Patienten mit einer akuten Lungenverletzung einen verbesserten Gasaustausch haben, wenn sie in die Bauchlage gebracht werden. Man glaubt, dass die bessere Verteilung des Gases aus dem oberen Teil der Lungen in die unteren Teile der Lungen aufgrund der Abnahme der Dehnbarkeit der Brustwand die Ursache hierfür ist.
Wie bereits erwähnt, ist es sehr unpraktisch, die Patienten in die Bauchlage zu legen, und es kann sogar andere Behandlungen behindern.
Ein Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung anzugeben, die dazu verwendet werden kann, eine gleichmäßigere Gasverteilung in den Lungen zu erreichen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung so konstruiert ist, wie es in dem kennzeichnenden Abschnitt des Anspruchs 1 dargelegt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Im Grunde genommen muss die erfindungsgemäße Vorrichtung nur dafür ausgelegt werden, einen Druck oder eine Kraft auf eine oder mehrere spezifische Positionen auf der Brust des Patienten auszuüben. Vorzugsweise auf den oberen Teil der Brust zu beiden Seiten des Sternums (Brustbein). Selbstverständlich sollte sich der Patient in einer Position befinden, die einen Zugang zur Brust ermöglicht. In ihrer einfachsten denkbaren Konstruktion kann die Vorrichtung sogar aus einem Gewicht bestehen, das so geformt ist, dass es sicher auf der Brust des Patienten angeordnet werden kann. Dies würde jedoch mehr Personal zur Handhabung der Vorrichtung erfordern. Die bevorzugteren Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben sind, kommen ohne diese Beaufsichtigung durch das Personal aus.
Durch Bereitstellen eines ausreichenden Druckes der Brustwand mittels der Vorrichtung kann der transmurale Druckgradient in den Lungen herabgesetzt werden, was bedeutet, dass höhere Spitzendrücke verwendet werden können. Somit wird nicht nur die Gasverteilung verbessert werden, sondern es können auch höhere Spitzendrücke aus einem Ventilator oder Respirator zugeführt werden, ohne dass die Gefahr einer Schädigung der Lungen erhöht wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung von bekannten CPR-Vorrichtungen unterscheidet, die eine Art von Mitteln enthalten, um eine Herzmassage vorzusehen, indem sie auf bzw. nahe des Sternums über dem Herzen eine Kraft ausüben. Eine CPR wird durchgeführt, wenn das Herz zu schlagen aufgehört hat, und stellt somit eine vollkommen andere Situation dar. Die CPR-Systeme sind von daher nicht geeignet, die Gasverteilung in den Lungen zu verbessern.
In der US 4,676,232 ist ein System zum Verbessern der Blutzirkulation beschrieben. Dieses System umfasst im Grunde eine Vorrichtung, welche die Brust und das Abdomen des Patienten umschließt. Die Vorrichtung verhindert eine Ausdehnung der Brust und des Abdomens während der Beatmung, wodurch die Lungen gezwungen werden, sich nach innen "auszudehnen", insbesondere gegen das Herz. Indem man die Respirationsphasen mit den Herzschlägen korreliert, wird der Druck auf das Herz zunehmen, und dies wird zu einer Zunahme des Schlagvolumens des Herzens führen.
Die SE-B-147 344 beschreibt eine Vorrichtung zur Unterstützung der Inhalation durch Ausüben von Druck auf die Brust mit einem Gürtel, der synchron mit der Leerung einer Faltenbalg-Exspirationskammer aufgeblasen wird.
Ähnlich zu den Systemen zum Vorsehen einer Beatmung mittels Umschließungen von Brust und Abdomen ist das bekannte System nicht dazu geeignet, die Gasverteilung in den Lungen zu verbessern.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es am nützlichsten, den Druck synchron mit den Inspirationsphasen zuzuführen, während denen der Druck, der auf die Brust ausgeübt wird, entsprechend vorgegebener Muster variiert werden könnte. Ein beliebiges solches Muster könnte von einem Arzt vor Beginn der Inspiration festgelegt oder von dem Arzt während der Inspiration gesteuert werden. Auch ist eine Automatisierung möglich, wenn der Gasdruck in der Lunge an mehreren Stellen in der Lunge gemessen wird. Oder indem man Messungen vornimmt, die den transmuralen Druck reflektieren.
Während der Exspiration wird der Druck vorzugsweise aufgehoben, um ein normales Ausatmen des Patienten zu ermöglichen. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass es bei einigen Krankheitsgruppen nützlich sein kann, wenn der Druck auch während der Exspiration zugeführt wird, z. B. als kontinuierlicher positiver Druck.
Es ist nicht erforderlich, den Druck während jedes Beatmungszyklus auszuüben.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zahlreiche Formen haben, die sich alle dazu eignen, den Druck gesteuert und sicher auszuüben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist über dem Bett ein Arm angeordnet, der einen oder mehrere mechanische Aktuatoren hält, die mit der Brust in Kontakt gebracht werden können, um den Druck zuzuführen. Die Aktuatoren kön nen die Form von Faltenbälgen haben und pneumatisch gesteuert werden oder teleskopisch ausgebildet sein und hydraulisch gesteuert werden oder auch eine Kombination aus beiden. Die Kraft könnte auch mittels Federn, Kolben, Zahnrädern oder beliebigen anderen mechanischen Mitteln ausgeübt werden. Eine sehr einfache, aber wirksame Alternative ist die Verwendung eines Gewichtes als Aktuator. Der Druck wird entweder durch Absenken des Arms in Richtung der Brust oder durch Absenken des Gewichts (mittels Bändern oder ähnlichen Mitteln) ausgeübt.
Der Aktuator kann ein integriertes Teil des Arms sein, wodurch sich beide Teile bewegen, um den Druck zuzuführen. Vorzugsweise ist der Arm deshalb so ausgeführt, dass er in einer Vielzahl von Positionen frei positioniert werden kann, um die Positionierung der Aktuatoren auf der Brust zu erleichtern.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Stütze in Form eines Bogens über dem Patienten anstelle des Arms verwendet. Der Aktuator kann im Grunde jeder beliebige der oben genannten Aktuatoren sein.
In einem dritten Ausführungsbeispiel wird eine unelastische Abdeckung über der Brust angeordnet. Die Abdeckung umfasst Fächer, die dazu verwendet werden, den Druck auf die Brust zu erzeugen. Im Grunde kann die Abdeckung ein Stoff sein, der über die Brust gelegt wird. Die Fächer über den Positionen, die unter Druck gesetzt werden sollen, könnten mit festen Elementen, wie z. B. Gummi, gefüllt werden. Ein System zum Spannen des Stoffes zieht den Stoff enger über die Brust, wenn der Druck ausgeübt werden soll, wodurch die Elemente gegen die richtigen Stellen auf der Brust gedrückt werden.
In dem alternativen Ausführungsbeispiel könnte ein pneumatisches oder hydraulisches Fluidsystem verwendet werden, um die Elemente dazu zu bringen, mit dem gesteuerten Druck gegen die Brust zu drücken.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung als Weste ausgebildet, die von dem Patienten getragen wird. Die Weste enthält Fächer, die mit Hilfe von Fluiden, und vorzugsweise einem Gas, unter Druck gesetzt werden können.
Die Weste könnte auch aus einer Rückenplatte bestehen, die unter dem Patienten angeordnet wird, sowie einem Vorderteil, das sicher an der Rückenplatte an den Seiten des Patienten festgebunden wird.
Verschiedene Kombinationen der offenbarten Alternativen sind bei Eignung ebenfalls möglich.
Man sollte darauf achten, dass die Brust nicht einer zu hohen Beanspruchung oder einer monotonen Belastung ausgesetzt wird. Insbesondere sollten Druckstellen vermieden werden, indem man eine korrekte Ausübung des Druckes wählt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man die Position zwischen jedem Druckzyklus leicht verändert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben, in denen zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Detail der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 ein Detail der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
6 ein Detail der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
In 1 ist ein Patient 2 liegend auf einem Krankenhausbett 4 gezeigt. Der Patient 2 ist an einen Ventilator 6 über ein Schlauchsystem 8 angeschlossen, um die Atembehandlung zu empfangen.
Um die Gasverteilung in den Lungen und dadurch den Gasaustausch zwischen den Lungen und dem Kreislaufsystem zu verbessern, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen steuerbaren Druck auf ausgewählte Positionen auf der Brust des Patienten ausübt. Die Vorrichtung umfasst eine Stütze 10A in Form eines Arms, der fest am Bett angebracht ist und sich nach oben über den Kopf und die Brust des Patienten 2 erstreckt. Ein Faltenbalgsystem 12, das weiter unten im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben ist, kann an ausgewählten Positionen auf der Brust platziert werden. Vorzugsweise auf dem oberen Teil der Brust und mit einer geringen Neigung zum Brustknochen. Zu Beginn einer Inspirationsphase wird dem Faltenbalgsystem 12 aus einer Gasquelle 14 über einen Schlauch 16 Druckgas zugeführt. Um dies zu steuern, wird das Steuersignal aus dem Ventilator 6 selbst verwendet.
Je nach Zustand des Patienten 2 etc. kann der zugeführte Druck während der Inspiration auf jede gewählte Art variieren. Der zugeführte Druck wird dazu führen, dass das aus dem Ventilator 6 zugeführte Atemgas gleichmäßiger in den Lungen verteilt wird, insbesondere in Richtung der unteren Teile der Lungen.
Das Faltenbalgsystem 12 umfasst (2) in diesem Ausführungsbeispiel sechs Faltenbälge 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, die alle mit dem Arm 10 und dem Schlauch 16 verbunden sind. Durch Steuern eines Ventils 18A, 18B, 18C, 18D, 18E, 18F, das jeden Faltenbalg 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F vom Schlauch 16 trennt, kann jede wählbare Anzahl von Faltenbälgen mit Gas gefüllt werden, um den Druck zuzuführen. Indem man die Positionen auf diese Weise wechselt, können Druckstellen selbst dann wirksam vermieden werden, wenn Druck bei jeder Inspirationsphase zugeführt wird.
In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gezeigt. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung eine Stütze 10B in Form eines Bogens über dem Patienten 2. Der Bogen 10B ist fest am Bett 4 angebracht, wie dies deutlicher in 4 zu erkennen ist.
An dem Bogen 10B sind zwei kolbenförmige Aktuatoren 22A, 22B angebracht. Die Aktuatoren 22A, 22B können entlang dem Bogen 10B bewegt werden, um an ausgewählten Positionen auf der Brust des Patienten 2 richtig positioniert zu sein. Die Aktuatoren 22A, 22B sind derart positioniert, dass sie ihre Druckausübung auf die Brust in Reaktion auf Brustbewegungen aktivieren, die den Beginn einer Inspiration anzeigen. Die Aktuatoren 22A, 22B sind mit Drucksensoren (nicht gezeigt) ausgerüstet.
In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung aus einer Weste 24 gebildet, die dem Patienten 2 angelegt wird. Im vorliegenden Fall enthält die Weste 24 zwei Fächer 30A, 30B, die über Gasschläuche 26A, 26B aus einer Gasquelle 28 selektiv mit Druckfluid, vorzugsweise Gas, gefüllt werden können. Die Weste 24 kann am Patienten 2 mittels eines Bandes 32 festgezogen werden. Die Weste 24 ist aus einem unelastischen, festen Material hergestellt, um zu gewährleisten, dass der Druck auf die Brust gerichtet wird.
Alternativ dazu kann die Weste 24 aus zwei Teilen bestehen, einem Rückenteil, das unter dem Patienten angeordnet wird (und sogar ein integrales Teil des Bettes bilden kann), sowie einem Vorderteil, das auf die Brust gelegt und an beiden Seiten beispielsweise mit Bändern am Rückenteil befestigt wird.
Die Weste kann ferner mehrere Fächer enthalten, die jeweils mit einem Druckfluid gefüllt werden können. In den Fächern kann eine feste Platte enthalten sein, die zur Brust des Patienten 2 gerichtet ist, wodurch die Platte gegen die Brust gedrückt wird, wenn das Fach gefüllt ist.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele können an geeigneter Stelle miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Faltenbalgsystem 12 in dem Bogen 10B verwendet werden, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Der Druck kann dadurch erreicht werden, dass man die Schwerkraft eines Gewichts, pneumatische Mittel, hydraulische Mittel, mechanische Mittel oder irgendwelche anderen denkbaren Druckerzeugungsmittel verwendet.
Obgleich der Patient in allen Ausführungsbeispielen in der Rückenlage gezeigt ist, sind andere Positionen möglich, solange die Brust für die Vorrichtung zugänglich bleibt.

Claims

Vorrichtung zur Verbesserung der Verteilung von Gas in den Lungen eines Patienten (2) während einer Atmungsbehandlung, gekennzeichnet durch Mittel (10A, 12A–F, 14, 16, 18A–F; 10B, 22A–B; 24, 26A–B, 28, 30A–B), die dazu geeignet sind, einen steuerbaren Druck auf eine oder mehrere ausgewählte Stellen auf dem Thorax eines Patienten (2) zu lenken, in Antwort auf Brustkorbbewegungen, die den Beginn einer Inspiration anzeigen, um die Verteilung von Gas in den Lungen eines Patienten zu fördern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel dazu geeignet sind, den steuerbaren Druck entsprechend einem vorgegebenen Muster über einen oder mehrere Atemzyklen zu variieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10A, 12A–F, 14, 16, 18A–F; 10B, 22A–B) eine Stütze (10A; 10B) umfassen, die dazu geeignet ist, über dem Patienten (2) angebracht zu werden, sowie mindestens ein mechanisches Betätigungselement (12A–F; 22A, 22B), das mit der Stütze (10A; 10B) verbunden und dazu geeignet ist, mit der ausgewählten Stelle in Kontakt gebracht zu werden, um den Druck zu lenken.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze wie ein Bogen (10B) geformt ist, der sich über dem Patienten (2) von einer zur anderen Seite erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze wie ein Arm (10A) geformt ist, der vorzugsweise an einer Kopfseite eines Bettes (4) angebracht ist und sich über den Kopf und den Brustkorb des Patienten (2) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Betätigungselement aus einem Gewicht besteht, das an die Stütze gebunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Betätigungselement (12A–12F; 22A, 22B) aus einem dehnbaren Element besteht, das an der Stütze befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24, 26A–B, 28, 30A–B) eine unelastische Abdeckung umfassen, die dazu geeignet ist, über dem Thorax befestigt zu werden und Fächer (30A, 30B) enthält, die selektiv unter Druck gesetzt werden können, um den Druck auf die selektiven Abschnitte zu lenken.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung als Weste (24) geformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fächer (30A, 30B) über Ventile an eine Quelle mit Druckfluid (28) angeschlossen werden können, wobei der von jedem Fach (30A, 30B) ausgeübte Druck steuerbar ist, indem man jedem Fach (30A, 30B) eine gesteuerte Fluidmenge zuführt.