EP4294500A1 - Stimulation methods for an electromagnetically or electrically controlled spontaneous respiration - Google Patents

Stimulation methods for an electromagnetically or electrically controlled spontaneous respiration

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EP4294500A1
EP4294500A1 EP22708867.1A EP22708867A EP4294500A1 EP 4294500 A1 EP4294500 A1 EP 4294500A1 EP 22708867 A EP22708867 A EP 22708867A EP 4294500 A1 EP4294500 A1 EP 4294500A1
Authority
EP
European Patent Office
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breathing
stimulation
living
respiratory
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22708867.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Konstantinos Raymondos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stimit AG
Original Assignee
Stimit AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G16H20/40ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture

Definitions

  • Breathing takes place to maintain gas exchange, i.e. for a life-sustaining border oxygen supply with simultaneous exhalation of carbon dioxide.
  • ventilation therapy is carried out with supportive to fully mechanical inhalation and prevention of exhalation.
  • the respiratory muscles are relieved during inhalation or, in the event of gas exchange disorders, the further loss of gas exchange surface is counteracted by preventing exhalation.
  • the severity of the lung damage increases, not only does the pressure to prevent exhalation increase, but also the percentage of oxygen during inhalation.
  • Ventilation can be synchronized to support one's own spontaneous breathing or be controlled independently of one's own breathing.
  • the breathing rate, the tidal volume or the ventilation pressure are checked and the breathing time ratio between inhalation and exhalation is also specified.
  • a special form of respiratory therapy is the so-called "high-flow oxygen therapy", in which a gas mixture is used at a high flow rate through a nasal cannula or mask.
  • NIV non-invasive ventilation
  • invasive ventilation Ventilation without a tube
  • positive pressure ventilation airway access is always required.
  • NIV can be done with positive pressures via a respirator helmet or with a mask that encloses the entire face, mouth and nose, or just the nose.
  • the airway is secured with a tube if there is a lack of protective reflexes, for example in the case of anesthesia or coma. This is intended to protect the airways against aspiration, i.e. the entry of stomach contents into the trachea, which can also cause ARDS.
  • Intubation is also performed when NIV is no longer tolerated by the patient or is unsuccessful. As soon as high ventilation pressures and high proportions of oxygen are required with increasing lung damage, NIV positive pressure testing becomes too unsafe and even very dangerous above a certain limit. Even the slipping of a mask, the removal of a helmet or a necessary NIV interruption for intubation with current techniques can then lead to insufficient gas exchange with a life-threatening lack of oxygen.
  • SGA supraglottic airways
  • larynx mask which are used by the millions in anesthesia or emergencies, represent an intermediate stage in securing the airway.
  • no tube is inserted through the glottis into the trachea, but the larynx from the outside enclosed and sealed in such a way that it can be ventilated. Gastric fluid can be guided past the larynx via an integrated tube.
  • All airway management guidelines recommend the introduction of an SGA as soon as intubation is unsuccessful and positive pressure ventilation via the mask is also not possible.
  • the degree of airway protection with an SGA is lower and they reach their limits at high ventilation pressures and a high oxygen content.
  • the airway can be obstructed by a partially or completely closing glottis, the larynx or a slipping SGA, which also poses a life-threatening risk to the patient, especially when there is a high oxygen requirement.
  • Ventilation can also take place without a tube. However, it can then be difficult to adapt this so-called non-invasive ventilation to the severity of the lung damage efficiently enough to avoid collapsing areas of the lungs and increasing respiratory insufficiency. The increased respiratory drive that then occurs with intensified and deepened breathing then also damages the lungs.
  • the invention is based on the object of specifying devices, methods and computer programs with which the aforementioned problems can be at least redu ed.
  • electromagnetically controlled self-breathing is the only form of ventilation that uses natural pressure fluctuations in the chest and abdomen to ventilate the patient can be.
  • This new form of ventilation existing conflicts between ventilation that protects the lungs and diaphragm can be resolved, since the lungs and diaphragm can be ventilated both effectively and gently with electromagnetic breathing. Individual control of self-breathing can prevent both too little and too much effort to breathe and the complications associated with it.
  • Electromagnetic or electrical ventilation can be carried out in the absence of, but also in the presence of, spontaneous breathing, and in this case can be carried out both independently and synchronized with spontaneous breathing.
  • peripheral neuronal structures can also be stimulated. This allows targeted control of abdominal and chest breathing.
  • the object of the invention mentioned is achieved by an Elektrostimulationsvor device according to claim 1.
  • the object is also achieved by a method for stimulating one or more nerves and / or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and / or magnetically generated stimulation signals, which in at least be fed into a nerve and/or a muscle of the living being and thereby specifically generate muscle contractions in the living being, through which the breathing of the living being is specifically influenced.
  • the object is also achieved by a computer program with program code means designed to carry out such a method when the computer program is executed on a computer. In particular, one, several or all of the following functions of the electrostimulation device and/or method steps are provided.
  • the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be changed in several steps and/or uniformly over the course of a breathing cycle of the living being. Further explanations are given below in the section on stimulation method 1.
  • the stimulation signals can be determined in particular with the aim of minimizing the energy input into the tissue of the living being's lungs and diaphragm.
  • the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be kept at an increased level during exhalation of the living being, at which the muscle contraction generated by the stimulation signals is greater than zero, but is at least as high as that up to 75% of the inspiratory reserve volume is still in the lungs at the end of expiration. Further explanations are given in the section on stimulation method 2 below.
  • the respiration of the living being can be controlled or regulated to a predetermined value, value range and/or temporal change in the respiratory depth by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. Further explanations are given below in the section on stimulation method 3.
  • the breathing of the living being can be controlled or regulated to a breathing rate of more than 40 breathing cycles/minute by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device. This allows secretion mobilization stimulation to be carried out.
  • secretion mobilization stimulation with this function, in particular, more than 60 breathing cycles/minute can be controlled or regulated. For example, 200 to 300 breathing cycles/minute with a low amplitude of muscle stimulation are possible.
  • the living being's respiration can be controlled or regulated for a limited period of time to a breathing depth that is too low for a life-sustaining gas exchange of the living being. In this way, a breathing movement of the living being can also be carried out without sufficient breathing, ie the air volumes flowing into and out of the lungs are insufficient. This can, for example, stimulate secretion mobilization or train the respiratory muscles.
  • the parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device By setting the parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, complete expiration can be prevented by increasing the expiration time (duration of the expiration phase) of the living being to 0.2 to 1.3 times the inhalation time (duration of the inspiration phase ) is shortened.
  • the strength of the stimulation signals can be increased compared to normal breathing cycles in order to generate maximum volumetric flow during expiration. This can be used to force or accelerate exhalation or to stimulate a cough. Further explanations are given below in section Stimulation method 4, Cough stimulation.
  • the duration of the inspiration phase used as a reference can be, for example, the duration of the inspiration phase of the same breathing cycle, or an average of the duration of several previous inspiration phases, or a typical value of the duration of the inspiration phase determined for the living being in question.
  • the characteristics of the respiratory cycles can be controlled to predetermined target characteristics of the respiratory cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
  • the characteristic data can be regulated of the respiratory cycles to predetermined target characteristics of the respiratory cycles who performed the. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
  • the target characteristic data can in particular be such characteristic data that avoid damage to the lungs.
  • a self-damaging breathing pattern of the living being can be avoided in this way.
  • the control device can also be set up to use the stimulation signals to limit the volume flow of respiration, the respiratory movements and/or the transpulmonary pressures to a predetermined maximum value.
  • Parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be changed as a function of current measured values of the living being's spontaneous breathing pulses, in particular synchronized with the spontaneous breathing pulses. In this way, the spontaneous breathing pulse of the living being can be blocked or changed.
  • the measured values can be continuously determined by at least one spontaneous breathing impulse sensor, by which the spontaneous breathing impulses of the living being can be detected. Further explanations are given below in the section on stimulation method 5.
  • the spontaneous breathing impulse sensor can be designed as a nerve impulse sensor, by means of which nerve impulse signals of the living being that control the breathing of the living being can be detected.
  • the signal delivery device for delivering the stimulation signals can form the nerve impulse sensor at the same time.
  • such a signal output device can be designed as a coil or coil arrangement.
  • the nerve impulse can also be detected with a coil or coil arrangement.
  • Intra-abdominal pressure is the pressure in the living being's abdominal cavity.
  • IAP intrabdominal pressure
  • exhalation increases the pressure in the abdominal cavity (intrabdominal pressure, IAP) and exhalation decreases it. This creates a pressure gradient between the chest and abdominal cavity during spontaneous breathing.
  • the respiratory muscles can cause small but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity. These pressure fluctuations affect the functions of the abdominal organs.
  • the intra-abdominal pressure of the living being can be controlled or regulated to a predetermined value, value range and/or change over time by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. In this way, the intra-abdominal pressure can be specifically influenced. This can, for example, improve blood circulation in certain organs. For example, positive influences on the abdominal organs can be triggered.
  • the stimulation creates natural pressure gradients between the chest and abdominal cavity and natural, but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity can be caused, which favorably improve the functions of the abdominal organs - such as intestinal motility and other intestinal functions, organ blood circulation or lymphatic drainage influence.
  • This can make a decisive contribution to improving the prognosis.
  • the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation can be controlled in a targeted manner.
  • the stimulation can specifically control the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation. If the intra-abdominal pressure, for example in the case of intra-abdominal hypertension (IAP > 12 mbar), is so high that blood flow to the abdominal organs is impaired, the stimulation during inhalation and exhalation can be reduced accordingly.
  • IAP > 12 mbar intra-abdominal hypertension
  • a targeted stimulation of the respiratory nerves and/or the respiratory center can be carried out by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. This only activates the respiratory nerves and/or the respiratory center in a targeted manner, without leading to a noticeable effect on the respiratory muscles.
  • the respiratory muscles are not stimulated in this way in a way that is sufficient for a life-sustaining gas exchange of the living being. This can be realized, for example, by the strength of the stimulation signals being so low that there are almost no muscle contractions.
  • respiratory nerves and the respiratory center can still be activated and/or their activity maintained. Ventilation reduces the work of breathing of the respiratory muscles.
  • the respiratory movements are passive during ventilation, the activity of the respiratory nerves decreases and can even disappear completely. This applies both to the efferent motor neurons, which control the muscles, and to the afferent, sensory nerve pathways, which record the extent and speed of the muscle contraction and the corresponding change in position and report this back to the respiratory center for feedback.
  • the activity of the neurons in the respiratory center in the brainstem area decreases during ventilation.
  • the respiratory center reduces its activity after just a few minutes of ventilation. After stopping ventilation, you can then consciously - i.e. via the cerebral cortex - control the respiratory center, but breathing is now perceived as strenuous, although it is not. After a short time, after the ventilation has stopped and spontaneous breathing has resumed completely in healthy living beings, natural, autonomous spontaneous breathing takes place again, which is controlled by the respiratory center.
  • this stimulation method for activating and/or maintaining the activity of respiratory nerves and respiratory reflexes, the efferent and afferent neurons - i.e. the motor and sensory nerve tracts with the neurons of the respiratory center in the brainstem area - are to be activated and/or their activity is to be maintained.
  • this stimulation method does not require sufficient respiration to maintain gas exchange.
  • the characteristic data of the breathing cycles can be controlled or regulated to predetermined target characteristic data of the breathing cycles, after which there is no influencing of the breathing cycles over a large number of breathing cycles.
  • a control or regulation of the characteristic data of the respiratory cycles to predetermined target characteristic data of the respiratory cycles again over a large number of breathing cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 6.
  • muscle contractions of the living being's respiratory muscles can be stimulated over a large number of breathing cycles, which are not necessary for the gas exchange to be carried out by the living being through respiration and thereby cause additional muscle training.
  • Targeted muscle training of the respiratory muscles can be carried out here. Further explanations in this regard are given below in section stimulation method 7, in particular 7.1, 7.5, 7.6.
  • the aim of this stimulation is a training of the respiratory muscles, the training being designed harmless to the respiratory organs, in particular harmless to the lung tissue and the diaphragm muscle.
  • the breathing position can be controlled or regulated to an increased value and/or the breathing position can be shifted into the inspiration phase. Further explanations are given below in section stimulation method 7.2.
  • the living being's respiration can be regulated to a predetermined value, value range and/or temporal change in the respiratory depth using current measured values of the respiratory depth.
  • a breathing depth sensor can be used, which continuously measures the breathing depth of the living creature. Further explanations are given below in the section on stimulation methods 3 and 7.3.
  • the breathing depth and/or the volume flow in the inspiration phase can be limited to a predetermined maximum value. Further explanations are given below in the section on stimulation methods 4 and 7.4.
  • the volume flow in the expiration phase can be limited to a predetermined maximum value and/or reduced compared to the average intrinsic volume flow of the living being in the expiration phase.
  • the duration of the expiration phase can be reduced compared to the average intrinsic duration of the living being's expiration phase.
  • the stimulation signals can be used to prevent the living being from breathing out completely, i. H. at least a certain amount of residual air can be retained in the lungs.
  • the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be increased in the course of a breathing cycle in the inspiration phase and reduced again in the expiration phase. In this way, the energy input into the living being's tissue can be minimized.
  • a flow control actuator that is pneumatically and/or electrically coupled to the respiratory system of the living being and by means of which the volumetric flow of the air flow flowing into and/or out of the living being can be adjusted can be controlled variably in the course of a breathing cycle in such a way that the flow Control actuator of the volume flow in the inspiration phase and / or the expiration phase is at least temporarily limited or reduced.
  • the flow control actuator may comprise an electrically operable valve in a breathing mask or hose.
  • the flow control actuator may be an electrical actuator capable of stimulating the subject's larynx, e.g., by electromagnetic larynx stimulation. As a result, a desired, defined resistance to the flow of exhaled air can be generated during exhalation, for example, which keeps the airways and alveoli open.
  • the control device can be connected via an interface to a ventilator that is set up to ventilate the living being by generating variable positive pressure and/or negative pressure, the control device being set up for data exchange with a control device of the ventilator.
  • a ventilator that is set up to ventilate the living being by generating variable positive pressure and/or negative pressure
  • the control device being set up for data exchange with a control device of the ventilator.
  • a deep inhalation can initially be induced in the respiratory cycle.
  • stimulation method 2 this is advantageous, for example, in order to open the lungs and carry out recruitment stimulation accordingly.
  • cough stimulation this can be advantageous, for example, in order to take in a maximum of air volume in the lungs, which is beneficial for cough stimulation because a lot of air is available to generate a high volume flow during expiration.
  • Cough stimulation can be carried out, for example, by first causing a deep inhalation in the breathing cycle by appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal-emitting device and then following the deep inhalation by setting parameters of the stimulation signals generated by the at least one One or more partial expirations with an expiration duration that is shorter than the average expiration and/or an increased intensity of the stimulation signals, e.g. by preventing complete expiration, e.g. by reducing the expiration duration to 0.2 to 1 .3 times the inhalation time is reduced.
  • the strength of the stimulation signals can be increased compared to normal breathing cycles in order to generate maximum volumetric flow during expiration.
  • the secretion mobilization stimulation can be induced by adjusting the parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device by controlling or regulating the living being's respiration to a respiratory rate of more than 40 respiratory cycles/minute.
  • Pure chest breathing, pure abdominal breathing or a combination of these can be stimulated by the stimulation signals that are emitted. Since the strengths of the stimulation of abdominal breathing and chest breathing can be independently adjustable. In this way, chest breathing and abdominal breathing can be stimulated independently. Thus, through increased activation in the chest area with a shift in the position of breathing into inhalation and with continued prevention of exhalation, the total cross-section of the diaphragm can be significantly enlarged during the entire respiratory cycle. As a result, it is now possible to breathe much more effectively, independently of thoracic breathing, with much smaller and thus much gentler breathing movements for both the lungs and the diaphragm.
  • electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle by the signal delivery device.
  • the strength of the stimulation signals can be determined, for example, by the voltage or current amplitude, the electrical power, the amplitude of a magnetic parameter and/or a short-term average value of one or more such parameters.
  • the signals fed into the signal output device for generating the stimulation signals can be AC voltage or AC signals or other pulse-like signal sequences.
  • the signal delivery device can be any desired signal delivery device, or a combination of several signal delivery devices, by means of which such electrical stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle.
  • the signal delivery device can thus stimulate a muscle to contract directly by electrical signals and/or indirectly by electrical stimulation of the corresponding nerve, which can stimulate muscle contraction.
  • the signal output device can be implanted electro have those that are implanted at the appropriate point in the body of the living being and through which the stimulation signals are fed directly into the body.
  • the signal output device has signal output elements that can be arranged on the outside of the living being and therefore do not have to be implanted.
  • the signal output elements can have one or more electrical coils, through which inductive electrical signals can be fed into the at least one nerve and/or muscle. Magnetic fields are fed into the living being through such coils, which in turn lead to induced currents in the body, by means of which the desired electrical stimulation signals can be generated in at least one nerve and/or one muscle.
  • coils or coil arrangements according to WO 2019/154837 A1 or WO 2020/079266 A1 can be used for this purpose.
  • the signal delivery elements can also include electrodes attached to the body of the living being, which are to be attached to the skin, for example, through which electrical signals can be galvanically coupled into the body.
  • the signal elements can have capacitive electrodes, through which the electrical simulation signals can be fed into the living being by means of capacitive coupling, i.e. without galvanic contact with the living being.
  • the electrical stimulation device can be set up to stimulate any nerve with which the breathing of the living being can be influenced in a targeted manner. This also includes the stimulation of the auxiliary respiratory muscles in the neck area, but also the stimulation of the nerve roots, as well as nerves in the brain area, e.g. in the brainstem and/or in the cerebrum.
  • the electrical stimulation device can be designed to stimulate one or more of the following nerves: Phrenic nerve, one or more intercostal nerves, first, second, third motoneuron, insofar as these can trigger breathing movements.
  • the signal output device or its signal output elements are designed in such a way that they can be conveniently and safely arranged at the appropriate position on the living being, for example for stimulating the diaphragm in the area of the phrenic nerve near the head and/or for stimulating chest breathing in the area of one or more of the intercostal nerves.
  • the signal delivery elements are adapted to this corresponding positioning on the living being in terms of their shape and nature.
  • the control device can be set up, for example, to store characteristic data of one or more breaths of a living being, in that the control device has a parameter memory in which typical characteristic data of such living beings or characteristic data of the individual living being to be treated are stored in advance.
  • the electrical stimulation device can also be designed without a measuring device and in particular without feedback of measured signals in the sense of a control loop.
  • the electrical stimulation device can also have a measuring device with one or more sensors, by means of which characteristic data of the breathing cycles of the living being are recorded at specific points in time or continuously and are fed to the control device.
  • the characteristic data can be stored at least temporarily in the control device.
  • additional characteristics of respiratory cycles determined in advance can be stored in a parameter memory in the control device, as described above.
  • the control device can be formed out in particular as an electronic control device which has a computer through which the individual functions of the electrostimulation device are controlled.
  • a computer program can be stored in the control device, in which the corresponding functions are programmed and are executed by the computer executing the computer program.
  • a computer can be set up to run a computer program, eg in the sense of software.
  • the computer can be designed as a commercially available computer, for example as a PC, laptop, notebook, tablet or smartphone, or as a microprocessor, microcontroller or FPGA, or as a combination of such elements.
  • regulation differs from control in that regulation has feedback of measured or internal values, with which the generated output values of the regulation are in turn influenced in the sense of a closed control loop. In the case of a controller, a variable is simply controlled without such feedback.
  • breathing depth this term includes the actual breathing depth as well as the apparent breathing depth of the living being.
  • Actual depth of breath is determined by the amount of tidal volume exchanged with the environment during respiration.
  • the tidal volume is the amount of air that is inhaled and exhaled, i.e. ventilated, per breath.
  • the apparent depth of breathing is determined by the amount of tidal volume that would be expected to occur due to the movement of the respiratory muscles if breathing could be performed freely. In many cases the apparent depth of breath will correspond to the actual depth of breath. However, if, for example, the airways are completely or partially blocked and/or the lungs are pathologically altered, the actual depth of breath can deviate significantly from the apparent depth of breath.
  • the actual breathing depth of the living being can be recorded using different parameters, eg using the tidal volume and/or the amplitude of the transpulmonary pressure (abbreviated TPD, or TPP, "transpulmonary pressure").
  • TPD transpulmonary pressure
  • the level of the tidal volume depends on the level of the transpulmonary pressure.
  • the transpulmonary pressure is the pressure difference between the air-filled space of the lungs and the pressure at the outer edge of the lungs between the two layers of the pleura. It is therefore the difference between intrapulmonary and intrapleural pressure, or in other words it is the difference between alveolar pressure and pleural pressure.
  • the alveolar pressure can only be recorded indirectly via measurements in the airways or in a ventilation system.
  • the pleural pressure corresponds approximately to the pressure in the esophagus.
  • the transpulmonary pressure can be determined, for example, by measuring the pressures in the respiratory system and in the esophagus of the subject. The transpulmonary pressure is then the difference between ventilation pressure and esophagus pressure.
  • the apparent depth of breath can be recorded using different variables, for example by recording the movement of the living being triggered by muscle contraction, for example movement in the chest area and/or abdominal area.
  • Another possibility for detecting or characterizing the apparent breathing depth is the determination of the necessary electrical and/or mechanical energy or force for generating breathing movements of the living being, which is required for generating egg nes volume flow of respiration.
  • the apparent breathing depth can therefore be determined at least approximately based on the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal-emitting device.
  • the respiration volume flow indicates how much air volume is actually inhaled or exhaled by the living being per unit of time.
  • a breathing cycle comprises an inhalation phase (also called inhalation or inspiration for short) and an immediately following exhalation phase (also called exhalation or expiration for short).
  • IOV inspiratory reserve volume
  • ESV expiratory reserve volume
  • Resting breathing therefore takes place in a certain breathing length between the inspiratory and expiratory reserve volume ( Figures 3, 4).
  • control device can be embodied, for example, as functions of a computer program or separate computer programs or computer program modules. Insofar as the functions are carried out by the control device, this can carry out the corresponding functions automatically. A variety of functions the electrostimulation device can also be adjusted and/or controlled manually by the user. This also includes functions that can optionally be performed by the control device.
  • the invention therefore also relates to a method for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals using such an electrostimulation device in which the functions mentioned are performed manually, for example changing the strength the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, and a computer program for carrying out such a method.
  • breath monitoring feedback and control
  • the following can also be provided.
  • Various monitoring parameters and feedback mechanisms can be provided for stimulation control. Similar to conventional ventilation, one, several or all parameters of the living being's gas exchange such as oxygen uptake and carbon dioxide release and respiratory parameters such as respiratory impulse, respiratory rate, tidal volume, respiratory rate, exhalation and inhalation level can be recorded for this purpose.
  • the monitoring can also differentiate between chest and abdominal breathing and record them separately.
  • Parameters that indicate transitions between intensified and relaxed breathing and thus an increase in the respiratory drive play a special role both for the adjustment during the stimulation and for the effects achieved after the stimulation.
  • These include, for example, the quotient of respiratory rate and tidal volume (RSB, "rapid shallow breathing index”), the so-called P0.1 value, the respiratory flow rate (ratio of tidal volume and inspiration time) and pressure fluctuations in the esophagus within a certain range e.g. 4 to 8 mbar or the extent of transdiaphragmatic pressure fluctuations.
  • spontaneous electrical activity of the phrenic nerve can also be recorded electromagnetically with an electroneurogram (ENG), for example, and be used for feedback.
  • ENG electroneurogram
  • the electrical, spontaneous phrenic nerve activity is a direct measure of the central neural respiratory activity and can be recorded, for example, via the number of pulses per breath, the pulse frequency during the peak inspiratory flow or the mean activity over 0.1 seconds and used for feedback and control of the stimulation are used.
  • Certain electromyographic patterns can also indicate the onset of exhaustion.
  • electromyographic signals from the diaphragm as a direct measure of electrical muscle activity for feedback and control of electromagnetic or electrical respiration
  • electromyography of spontaneous activity can be performed during the stimulation pauses.
  • artefacts caused by the electromagnetic stimulation can make a measurement more difficult or impossible.
  • special stimulation algorithms can enable artefact-free recording of muscle activity through fixed pauses, which can then be used to control further stimulation. This control takes into account that the spontaneous activity is neither too low nor too high, e.g. does not exceed 8% of the maximum activity.
  • devices that are directly coupled to one another can also enable filtering of the electromagnetic signals. In this way, an electromyographic monitoring of the muscle activity achieved can also take place during the stimulation, which enables direct feedback.
  • the relationship between electrical stimulation and the resulting mechanical muscle activity depends on the force-length and force-velocity ratio and thus on the volume and shape of the thorax, but also on the course of the disease. For example, as the disease progresses, diaphragm strength can decrease, although electrical muscle stimulation increases. Therefore, monitoring the force of the diaphragm is particularly advantageous for the feedback to control the training stimulations.
  • ultrasound measurements of movements and thickening of the diaphragm can give an indirect indication of diaphragm force.
  • the force of the diaphragm is measured indirectly via pressure fluctuations between the chest and abdomen.
  • the phrenic nerve is thereby with a standard electromagnetic stimulus and the resulting transdiaphragmatic pressure fluctuations measured via a balloon catheter in the esophagus and stomach. From this, the diaphragm force can be determined.
  • Group 3 conditioning and training stimulations
  • Group 1 Lung-dependent stimulation Lung-sparing stimulation - stimulation method 1
  • stimulation method 1 can be synchronized with FCV.
  • Such synchronization between electromagnetic or electrical stimulation and FCV can promote simultaneous self-breathing - and thus maintenance of the respiratory muscles and their muscle strength in FCV.
  • the diaphragm is also active during natural spontaneous breathing during exhalation. This activity, called “expiratory braking”, slows down exhalation and stabilizes the lungs. This natural diaphragmatic activity during exhalation decreases as expiratory resistance increases.
  • This stimulation which is gentle on the lungs, is also used during the exhalation phase with decreasing intensity.
  • a complete exhalation takes place only very briefly or is avoided completely (see below stabilization stimulation with stimulation method 2). This counteracts a collapse of the lung tissue. This not only prevents a gas exchange disorder, but also an increasing respiratory insufficiency with increased respiratory drive with harmful spontaneous breathing patterns.
  • this gentle breathing pattern is trained through the conditioning effect of this form of stimulation (see below, conditioning stimulation - stimulation method 6).
  • conditioning stimulation - stimulation method 6 both muscle strength and muscle mass of the respiratory muscles are maintained and trained, which is particularly important during conventional ventilation and especially in flow-controlled ventilation (FCV) (see below Training stimulation, stimulation method 7.1.).
  • FCV flow-controlled ventilation
  • Stimulation method 2 causes isolated, deep sighs in combination with prevention and/or slowing down (see above) of exhalation. This stimulation method recruits collapsed lung areas and stabilizes the lungs by preventing and/or delaying expiration. This will prevent it from collapsing again.
  • the duration of the inhalation and exhalation phases can also be set for recruitment stimulation.
  • the respiratory time ratio can be changed and the maximum inhalation time can be lengthened and the exhalation time shortened.
  • the end of exhalation can be kept at different levels as required by direct stimulation of the respiratory muscles become (“expiratory hold”).
  • the rate of expiration can also be slowed down, for example, by reducing the intensity of the stimulation impulses during expiration - similar to the natural "expiratory braking” mentioned above.
  • the collapse of lung areas can also be prevented by changing the breathing time ratio.
  • the inhalation time can be lengthened and the exhalation phase shortened in the stabilization stimulation as described above for the recruitment stimulation. If stimulation in the exhalation phase is not possible or only possible to an insufficient extent, complete exhalation can be prevented by starting electromagnetic or electrical stimulation of inhalation earlier ("expiratory cut").
  • precise monitoring of respiration and in particular of the respiratory position is advantageous here in order to be able to precisely determine the correct time for inhalation.
  • the stabilization stimulation can also be combined with an optionally dynamically adjusted increase in expiration resistance, which also slows expiration further and thus additionally stabilizes the lungs in the expiration phase. This can be done in combination and synchronously with the stimulation during expiration.
  • the resistance to exhalation increases naturally due to the vocal folds, which open again during inhalation.
  • the natural activity of the diaphragm for “expiratory braking” decreases.
  • This stimulation method 2 also counteracts an increase in the work of breathing and the respiratory drive caused by increased lung collapse and prevents further lung damage associated with self-damaging spontaneous breathing (see also the next page for control stimulation).
  • Recruitment and stabilization stimulation can thus indirectly increase the work of breathing and harmful respiratory effort, but also reduce or even prevent ventilation with high tidal volumes.
  • Lung protective stimulation - stimulation method 3 With the stimulation during inhalation, the breathing depth is regulated in such a way that a gentle tidal volume of, for example, 6 ml/kg ideal weight is breathed in and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded.
  • feedback can be provided between the measurement of the tidal volume, the transpulmonary pressure or corresponding correlates and the stimulation intensity, so that the stimulation can be adapted to the tidal volume achieved and/or the transpulmonary pressure. This then happens not only for the following breath, but can already directly control the ongoing stimulation via monitoring and feedback.
  • the ongoing stimulation intensity can be weakened and/or the stimulation duration can be shortened so that a specific tidal volume of, for example, 6 ml/kg of ideal weight and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded. This is particularly important during spontaneous breathing (see below for control and modulation stimulation, stimulation methods 4 and 5).
  • the respiratory rate is determined not only by the frequency of the stimulations, but also by the above-mentioned relationship between inhalation and exhalation - the respiratory time ratio - be what can be set by appropriate stimulation times.
  • this electromagnetic or electrical stimulation method achieves controlled breathing that is gentler on the lungs, even if spontaneous breathing follows a completely different, possibly even harmful, pattern.
  • the stimulation can take targeted countermeasures if, for example, the respiratory drive and respiratory effort increase due to excessive breathing work and increasing exhaustion.
  • fast and deep breathing damages both an already damaged lung and the already damaged weakened and also pre-damaged respiratory muscles.
  • This increasing damage to the lungs as well as to the diaphragm caused by self-damaging spontaneous breathing is referred to as patient-seif injured lung injury (P-SILI).
  • Electromagnetic or electrical stimulation is the only method to date that can be used non-invasively and without medication to control and thus optimize self-breathing independently of spontaneous breathing and the patient's will.
  • Feedback mechanisms can be used to control this stimulation method, which take into account important characteristics of spontaneous breathing and/or also of the natural breathing that ultimately takes place together with the stimulation. to be able to adjust the stimulation individually and flexibly.
  • Secretion mobilization stimulation With this stimulation method, secretions can be mobilized from the peripheral to the central airways, e.g. with high-frequency, short and fast breaths.
  • Cough stimulation This stimulation method can follow directly after the secretion mobilization stimulation in order to continue to effectively mobilize mobilized secretion and, above all, to be able to “cough it out”. For this purpose, after a longer inhalation, a short cough or a series of short coughs follows. The burst of exhalation becomes more effective when the beginning of exhalation, as in the case of natural coughing takes place against an increased airway resistance and thus the pressure in the lungs can be increased. This brief, synchronized increase in exhalation resistance can be achieved via synchronized artificial resistance and/or narrowing of the vocal folds caused by stimulation of the laryngeal nerves.
  • modulation stimulation does not take place independently of spontaneous breathing, but as a function of the spontaneous respiratory impulse. Instead of complete self-breathing control independent of spontaneous breathing, there is partial or complete control of natural spontaneous breathing, in which the spontaneous breathing impulse is always taken into account - even if the breathing impulse is weak or not present at all.
  • the spontaneous respiratory impulse must therefore be detected so that an electromagnetic or electrical stimulation synchronized with it can take place.
  • the modulation stimulation can be synchronized using the standard detection methods for the spontaneous respiratory impulse such as pressure, flow or temperature fluctuations in the respiratory stream or body sensors such as so-called Graseby capsules or muscle activity sensors.
  • Graseby capsules or muscle activity sensors Much more precise, however, is the synchronization with one's own nerve impulse before spontaneous inhalation begins: Ventilation synchronized with the nerve impulse is referred to as neurally assisted or also as "neurally adjusted ventilatory assist" or "NAVA".
  • the nerve impulse is recorded by a sensor in the esophagus near the diaphragm (4).
  • one's own nerve impulse can also be recorded non-invasively electromagnetically. This can either be done peripherally directly above the stimulation site on the neck - or centrally at the point of origin of the nerve impulse in the brainstem area.
  • Exhalation level modulation With the modulation stimulation, the spontaneous breaths can then be changed in a synchronized manner, as in the stimulation methods 1 to 3 described above. This can be done by stimulating the entire breathing cycle, as with lung-friendly stimulation, in order to achieve gentler spontaneous breathing. Depending on the disease and the spontaneous breathing pattern, the modulating stimulation, as described under stimulation method 2, can only take place in the exhalation phase in order to stabilize the lungs at different levels by preventing and/or delaying exhalation.
  • the spontaneous respiratory rate was not changed. However, if the frequency of spontaneous breathing becomes too fast or too slow, it can be directly and/or indirectly influenced and controlled by electromagnetic or electrical stimulation. The resulting smooth transitions to controlled self-breathing are regulated by recording the spontaneous breathing rate and corresponding feedback mechanisms.
  • the extent and frequency of the stimulation can be individually adjusted depending on the depth and frequency of spontaneous breathing.
  • a spontaneous breathing frequency that is too fast is indirectly slowed down by longer inhalation and/or exhalation phases and finally a lower frequency can also be superimposed.
  • the breathing frequency can also be slowed down indirectly by individual deep breaths via the breathing reflexes activated in this way.
  • Inhalation increases the pressure in the abdominal cavity (intrabdominal pressure, IAP) and exhalation decreases it.
  • the stimulation also creates natural pressure gradients between the chest and abdominal cavity.
  • the stimulation of the respiratory muscles can cause natural but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity, which affect the functions of the abdominal organs - such as intestinal motility, organ perfusion or lymphatic drainage - and make a decisive contribution to the prognosis of ventilated patients.
  • the stimulation can specifically control the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation. If the intra-abdominal pressure, for example in the case of intra-abdominal hypertension (IAP > 12 mbar), is so high that blood flow to the abdominal organs is impaired, the stimulation can be reduced accordingly, particularly during exhalation.
  • Group 3 conditioning and training stimulations conditioning stimulation - stimulation method 6
  • All of the 5 stimulation methods mentioned above can also be used exclusively to condition improved spontaneous breathing.
  • an intermittent stimulation with varying stimulation duration takes place, whereby only a few breaths can be sufficient.
  • the conditioning stimulation trains a specific spontaneous breathing pattern - either with a modulation of spontaneous breathing or as controlled breathing with the stimulation methods 1 to 5 described above.
  • the conditioning stimulation can be controlled and intensified by direct feedback.
  • the feedback takes place on the basis of measured values of the patient's own respiration.
  • the type of breathing, the level of exhalation and the inhalation depth, the tidal volume and the respiratory rate are measured and a correspondingly adapted conditioning stimulation is carried out.
  • the conditioning breathing effected by the conditioning stimulation must, like the training breathing described below, meet certain requirements (see below).
  • Muscle biopsies were able to demonstrate a reduction in strength of the isolated muscle fibers of around 35% after just two hours of ventilation (5).
  • Muscle breakdown and weakening of muscle strength are heit Permanent by the severe disease, especially reinforced by inflammatory processes.
  • the weakened respiratory muscles are only insufficiently relieved by ventilation, an increased respiratory drive develops with high or ultimately too high breathing effort, which in particular further weakens and damages already damaged lungs, but also the muscles.
  • the high breathing effort is actually the most important factor for damage to the diaphragm muscles.
  • the degree between too little and too much breathing effort can be very small and vary greatly both between and within individuals in the course of the disease. Due to reduced strength and muscle breakdown, the weakened respiratory muscles are no longer able to ensure sufficient self-breathing.
  • a respiratory insufficiency develops with the breathing pattern already mentioned above. Breathing becomes rapid, shallow and intensified, further damaging pre-damaged lungs but also the respiratory muscles.
  • the respiratory muscles can be trained through electromagnetic or electrical stimulation in such a way that 1. worn-out respiratory muscles are built up again or weakened muscles are strengthened again, 2. muscle breakdown or muscle weakness is prevented and/or 3. muscle build-up before an expected breakdown or .A strengthening occurs before expected reduction in force.
  • a therapeutic training stimulation is carried out in order to rebuild the musculature and/or restore muscle strength.
  • the respiratory musculature and/or muscle strength is built up through the peemptive training stimulation.
  • this stimulation intensity during inhalation is also suitable for preventing muscle breakdown - just as normal spontaneous breathing also prevents muscle breakdown and loss of strength.
  • a lower stimulation intensity is also suitable for preventing muscle breakdown if it is used correspondingly frequently, for example during conventional ventilation.
  • respiratory muscles and/or muscle strength can be built up accordingly, or muscle breakdown and/or a loss of strength can be prevented more effectively with just a few stimulations.
  • the training stimulation causes a corresponding training breathing.
  • the training patterns are therefore also based on the stimulation methods 1 to 4 described above and take into account the relationships mentioned there. Accordingly, the following four requirements should also be met by the breathing effected during training stimulation:
  • Electromagnetic or electrical training methods are Electromagnetic or electrical training methods
  • the principle of gentle breathing with low energy transfer to the lung tissue described for stimulation method 1 also applies to the training stimulation - even if it only occurs occasionally and after longer intervals.
  • This pacing method avoids sudden and potentially harmful respiratory movements as described above by gradually increasing the pacing pulses on inspiration and decreasing the pacing pulses on expiration. This is particularly important for intensive and frequent training stimulation (see below 7.2.).
  • the "holding of the breath” can be strengthened both in inhalation and in exhalation by correspondingly longer stimulation times in the respective breathing cycles of the training effect.
  • This training method enables very intensive training stimulation of the respiratory muscles with few side effects and is gentle on the lungs. Despite pronounced muscle activity, not only self-damaging effects (see below 7.3-7.5) but also hyperventilation with corresponding side effects such as hypocapnia and the resulting dangerous pH shifts can be avoided.
  • stimulation in the exhalation phase is not possible or only insufficiently possible, then hyperventilation-related side effects and exhaustion can also be avoided by pauses that can be controlled via feedback.
  • deep breathing can also be mechanically limited by belts and/or weights, but also by increasing the airway resistance, which can further intensify the training effect.
  • the duration of use per patient can be significantly reduced, which means that one device can be made available to several patients at short intervals.
  • the decisive factor in this intensive training is that, despite pronounced stimulation with correspondingly strong contractions of the respiratory muscles, no deeper breathing with sudden breathing movements (see above 7.1) and/or large tidal volumes (see below 7.3.) and/or large transpulmonary pressures is caused.
  • the breathing depth is also regulated for training stimulation during inhalation with this form of training so that a gentle tidal volume is breathed in and/or gentle transpulmonary pressure is exerted. This is particularly important in the case of frequent training stimuli.
  • the above-mentioned feedback between the measurement of the tidal volume and the stimulation strength can also provide feedback on the breathing position as described above (see 7.2. above).
  • the stimulation intensity can be increased and at the same time a lung-protective tidal volume of, for example, 6 ml/kg of ideal weight and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded, even with intensive training stimulation.
  • intensive training stimulation without harmful breathing can be made possible through an interaction between breathing position and tidal volume.
  • increasing the resistance to exhalation can shift the respiratory length to inhalation, thereby limiting the respiratory volume. This can be done in combination and synchronously with the stimulation during expiration.
  • the lung-protective training stimulation prevents harmful breathing with large tidal volumes from being caused even at low stimulation levels; This rules out the possibility of lung-damaging effects being caused by the training stimulation itself, particularly in the case of frequent stimulation. This is particularly important in the case of spontaneous breathing, because even a slight training stimulus in addition to a spontaneous breath can significantly increase the self-breathing that is then caused (see below 7.4. -7.5).
  • this training pattern should avoid or minimize damage in existing spontaneous breathing.
  • Spontaneous breathing is taken into account in such a way that additional training stimulation does not cause deep and/or sudden inspiration. This is particularly important in the case of frequent repetitions and can be achieved in different ways. Either there is no stimulation during inhalation, or only so little that a certain tidal volume is not exceeded, or inhalation is modulated accordingly.
  • the stimulation method under 2 and also under 7.2. described prevention of exhalation the breathing position must be shifted into inhalation, so that during exhalation, the depth of the spontaneous breaths and thus self-damaging breathing is limited at the same time.
  • the spontaneous breathing and/or the self-breathing that occurs or changes as a result of the stimulation must be recorded so that the stimulation can be individually and flexibly adjusted and, if necessary, the spontaneous breathing can be modulated (see below 7.5).
  • the stimulation can be individually adjusted taking into account the illness and the severity of the illness, so that both the requirements for self-breathing and the desired training effect can be met.
  • the modulating training stimulation always takes spontaneous breathing into account and therefore also changes it. This is stimulated over the entire respiratory cycle or only partially. With partial stimulation, you can train only in the inhalation phase, only during exhalation, or in parts of these breathing phases. Here- As described above, exhalation is of particular importance in order to be able to train intensively and to avoid both too deep, controlled breathing and too deep spontaneous breathing during training.
  • the modulating stimulation can be used to train at the same time and an improved breathing pattern can be achieved as described above under stimulation method 5.
  • the aim should be to intervene as early as possible in order to relieve the exhausted respiratory muscles. If, in the case of pronounced exhaustion, the respiratory muscles need to be relieved by ventilation, preventive training stimulation can limit or even prevent muscle breakdown at an early stage.
  • conditioning stimulation described above under stimulation method 6 also represents a form of training stimulation.
  • the primary goal of conditioning stimulation is not direct training of the respiratory muscles, but rather “training” or conditioning a specific breathing pattern. So if, in addition to training the respiratory muscles, conditioning of a specific breathing pattern is also to take place, then conditioning training stimulation takes place.
  • training stimulation can finally be combined with conditioning in such a way that the requirements of appropriately adapted ventilation can also be met.
  • stimulation during expiration with the help of the "expiratory hold”, “braking” and “cut” stimulation patterns (see above and below) can stabilize the lungs, protect lungs from excessively high tidal volumes, conditioning to “hold” the exhalation and at the same time cause intensive training of the respiratory muscles (see overview of exhalation stimulation).
  • the stimulation during exhalation is of central importance for 1. lung stabilization, 2. for lung protection, 3. for conditioning spontaneous breathing and 4. for intensive and yet at the same time gentle training of the respiratory muscles.
  • the stabilization stimulation prevents a collapse of the lung with corresponding gas exchange disturbances and also prevents harmful collapse recruitment ventilation, overexpansion of the ventilated lung, an increase in the work of breathing, respiratory effort, P-SILI and finally exhaustion.
  • Stabilization stimulation can be done using three different methods:
  • Expiratory hold Prevention of full exhalation by holding exhalation.
  • Expiratory braking slowing down of exhalation through decreasing stimulation intensity.
  • the level of exhalation is determined in particular by holding the exhalation, but also by the type of deceleration and indirectly by shortening the exhalation time.
  • positive pressure ventilation there is no unnatural increase in pressure in the lungs, but also no unnatural reduction in pressure in the abdomen as with negative pressure ventilation.
  • the conditioning stimulation specifically supports the practice of the various exhalation methods in order to learn a certain exhalation technique more effectively for the subsequent spontaneous breathing.
  • the stimulation during exhalation enables intensive training of the respiratory muscles by limiting inhalation by shifting the respiratory position. This enables a very intensive training stimulation with pronounced contractions of the respiratory muscles both in the inhalation and in the exhalation phase, since despite intensive muscle activity of the respiratory muscles only little is breathed. This avoids pronounced training breathing, but also harmful spontaneous breathing during training and the associated harmful effects and complications.
  • FIG. 1 shows the use of an electrostimulation device on a human being
  • FIG. 2 shows the use of an electrostimulation device in connection with positive pressure respiration on a living being
  • FIG. 6 the change in the air volume in the lungs in a breathing cycle over time
  • FIG. 7 shows the change in the transpulmonary pressure in a breathing cycle over time.
  • FIG. 1 shows a living being 1 in a lying position. To clarify the situation, advantageous stimulation positions of the phrenic nerve 2 and the interconstal nerves 3 are shown on the living being 1 . In the present exemplary embodiment, it is assumed that the phrenic nerve 2 is to be stimulated by electromagnetic stimulation.
  • FIG. 1 shows an electrostimulation device 4, which is connected via electrical lines to signal-emitting elements 10, e.g. coils, for feeding magnetic fields into living being 1.
  • the electrical stimulation device can generate stimulation signals in the living being via the signal delivery elements 10, which can be used to generate muscle contractions, through which the breathing of the living being 1 can be influenced in a targeted manner.
  • the electrical stimulation device 4 can be designed, for example, as a computer-controlled electrical stimulation device. It has a computer 5, a stimulation signal generating device 6, a memory 7 and 8 controls. There can also be a display device for displaying operating data. A computer program is stored in the memory 7, with which some or all of the functions of the electrical stimulation device 4 can be carried out. The computer 5 processes the computer program in the memory 7. In this way, corresponding stimulation signals are emitted via the stimulation signal generation device 6 to the signal emission device 10, through which the desired magnetic fields are generated.
  • the functions described above for the ventilation of the living being sens 1 by the stimulation signals or the procedures to be carried out by the user can be influenced by the user via the operating elements 8, for example by setting parameters of breathing cycles.
  • the elements described can be used to control the artificial respiration of the living being 1 by electrostimulation. If certain parameters are also to be regulated, it is necessary for the electrostimulation device 4 to be supplied with one or more measured values of characteristics of breathing cycles of the living being 1 .
  • the electrostimulation device 4 can be supplied with one or more measured values of characteristics of breathing cycles of the living being 1 .
  • quantitative variables that characterize the volume flow can be recorded and supplied to the electrical stimulation device 4 .
  • the sensor signals can be evaluated by the computer 5, for example.
  • the electrostimulation device 4 can also have an interface 9 for connecting to other devices, e.g. for exchanging data with other devices. In this way, the electrostimulation device 4 can be supplied with further measured values without the electrostimulation device 4 having to be equipped with its own sensors.
  • FIG. 2 illustrates the use of the electrostimulation device 4 on the living creature 1 in connection with a positive-pressure ventilator 11.
  • the ventilator 11 has an air delivery unit 18 through which air is sucked in from the environment via a connection 19 and via an air line 12 by means a breathing mask 13 can be fed into the airways of the living being 1.
  • the breathing mask 13 or the air line 12 can have a defined leakage 14 .
  • a pressure sensor 16 and a volume flow sensor 17 for example a pneumotachograph, are connected to the air line 12 within the ventilator 11 .
  • the ventilation device 11 has its own control unit 15 to which the sensors 16, 17 are connected.
  • the control unit 15 controls the air delivery unit 18 according to predefined algorithms in order to generate desired volume flow curves and/or pressure curves in the respiratory organs of the living being 1 via the breathing mask 13 in this way.
  • the electrical stimulation device 4 is connected to the ventilator 11 via its interface 9 .
  • the electrostimulation device 4 is supplied via the interface 9 with the corresponding measured values and possibly also additional values calculated internally in the ventilator 11 via characteristic data of the breathing cycles of the living being. In this way, the electrostimulation device 4 receives, for example, current measured values of the pressure and the volume flow of the breathing cycles of the living being 1.
  • FIGS. 3 to 5 several breathing cycles are plotted against time t for different breathing positions.
  • the air volume V in the lungs is plotted on the ordinate.
  • FIG. 3 shows the breathing position with tidal volumes during resting breathing (AZV) and a maximum possible exhalation, whereby the normal breathing position during resting breathing and the end-expiratory reserve volume (ERV) should be illustrated.
  • the inspiratory reserve volume (IRV) is also marked here and is illustrated in FIG. 4 by the maximum possible inhalation.
  • FIG. 5 shows the shift in the respiratory position during resting breathing into inhalation, which is characterized in that the tidal volumes of resting breathing occur with an increased ERV and reduced IRV.
  • the respiratory patterns shown in Figures 3 to 5 can be controlled accordingly by the fiction, contemporary electrostimulation device 4 and the inventive method, ie by the Elektrostimulationsvorrich device are corresponding stimulation signals in at least one nerve and / or fed to a muscle of the living being 1, whereby the corresponding muscle contractions of the respiratory muscles are generated, by which ultimately the respiratory cycles presented are caused.
  • FIGS. 6 and 7 show a breathing cycle in an enlarged view.
  • the breathing cycle consists of an inspiration phase I and an expiration phase E.
  • FIG. 6 shows the air volume V over time
  • FIG. 7 shows the transpulmonary pressure TPP over time. It can be seen that the inspiration phase I begins at the lower peak according to FIG. 6 and ends at the upper peak.
  • the expiratory phase E begins at the upper apex and ends at the next lower apex of the curve.
  • the course of the pressure TPP is phase-shifted in comparison to the course of the volume V.
  • the profiles of the breathing cycles shown in FIG. 6 and FIG. 7, for example, can be generated by the electrostimulation device 4 .
  • the duration of the inspiration phase and/or the duration of the expiration phase can be influenced separately.
  • the amplitude of the volume curve and/or the pressure curve can also be influenced separately, as can the respective positions of the maxima and minima of the curves.

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Abstract

The invention relates to an electrostimulation device for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrical signals, said device having the following features: a) the electrostimulation device has at least one signal-emitting unit, by means of which electrical stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or one muscle; b) the electrostimulation device has at least one control unit, which is designed to actuate the at least one signal-emitting unit in such a way that muscle contractions can be generated in the living being by the stimulation signals emitted by the at least one signal-emitting unit, and respiration by the living being can be influenced in a targeted manner by means of said muscle contractions.

Description

Stimulationsmethoden für eine elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierte Eigenatmung Stimulation methods for electromagnetically or electrically controlled self-respiration
Grundlagen der Beatmung Basics of ventilation
Die Atmung erfolgt zur Erhaltung des Gasaustausches, also für eine lebenserhal tende Sauerstoffversorgung mit gleichzeitiger Abatmung von Kohlendioxid. Breathing takes place to maintain gas exchange, i.e. for a life-sustaining border oxygen supply with simultaneous exhalation of carbon dioxide.
Je nach Art und Schweregrad der Erkrankung erfolgt Beatmungstherapie mit einer unterstützenden bis vollständig maschinellen Einatmung und einer Verhinderung der Ausatmung. Hierbei wird bei einer Erschöpfung der Atempumpe die Atemmuskulatur während der Einatmung entlastet oder bei Gasaustauschstörungen durch Verhinde rung der Ausatmung dem weiteren Verlust von Gasaustauschfläche entgegenge wirkt. Bei zunehmendem Schweregrad der Lungenschädigung wird nicht nur der Druck zur Verhinderung der Ausatmung, sondern auch der Sauerstoffanteil bei der Einatmung erhöht. Depending on the type and severity of the disease, ventilation therapy is carried out with supportive to fully mechanical inhalation and prevention of exhalation. When the respiratory pump is exhausted, the respiratory muscles are relieved during inhalation or, in the event of gas exchange disorders, the further loss of gas exchange surface is counteracted by preventing exhalation. As the severity of the lung damage increases, not only does the pressure to prevent exhalation increase, but also the percentage of oxygen during inhalation.
Wird im Krankheitsverlauf die Ausatmung nicht ausreichend und rechtzeitig verhin dert, entstehen im Rahmen einer ausgeprägten Lungenschädigung oder ARDS („A- cute Respiratory Distress Syndrome“) sehr ausgeprägte Gasaustauschstörungen.If exhalation is not prevented sufficiently and in good time during the course of the disease, very pronounced gas exchange disorders develop as part of pronounced lung damage or ARDS (“A-cute Respiratory Distress Syndrome”).
Die dann erforderliche, deutlich erhöhte Atemarbeit kann schließlich nicht mehr von der Atemmuskulatur kompensiert werden. Es entwickelt sich bei zunehmender Er schöpfung eine Atem Insuffizienz, die Atmung wird schneller und flacher. Jetzt muss nun kombiniert sowohl die Einatmung als auch die Ausatmung durch die Beatmung behandelt werden. The then required, significantly increased work of breathing can ultimately no longer be compensated for by the respiratory muscles. With increasing exhaustion, respiratory insufficiency develops, breathing becomes faster and shallower. Now both the inhalation and the exhalation through the ventilation must be treated in combination.
Die Beatmung kann synchronisiert die eigene Spontanatmung unterstützen oder kon trolliert unabhängig von der Eigenatmung erfolgen. Bei der kontrollierten Beatmung werden die Atemfrequenz, das Atemzugvolumen oder der Beatmungsdruck kontrol liert und auch das Atemzeitverhältnis zwischen Ein- und Ausatmung vorgegeben. Darüber hinaus gibt es Beatmungsformen, die die Eigenatmung unabhängig von der Beatmung zulassen und zahlreiche Mischformen. Eine Sonderform der Atemtherapie stellt die sogenannte „High-Flow-Sauerstofftherapie“ dar, bei der mit hohem Fluss über eine Nasenbrille oder Maske ein Gasgemisch verwendet wird. Ventilation can be synchronized to support one's own spontaneous breathing or be controlled independently of one's own breathing. During controlled ventilation the breathing rate, the tidal volume or the ventilation pressure are checked and the breathing time ratio between inhalation and exhalation is also specified. In addition, there are forms of ventilation that allow self-breathing independently of the ventilation and numerous mixed forms. A special form of respiratory therapy is the so-called "high-flow oxygen therapy", in which a gas mixture is used at a high flow rate through a nasal cannula or mask.
In Abhängigkeit von der Atemwegssicherung spricht man von „invasiver“ oder „nicht invasiver“ Beatmung bzw. Ventilation. Wird der Atemweg über einen Luftröhren schlauch (Tubus) gesichert und darüber beatmet, spricht man von „invasiver Ventila tion“. Wird ohne Tubus beatmet, spricht man von „nicht-invasiver Ventilation“ oder „NIV“. Bei der Negativdruckbeatmung kann NIV ohne Atemwegszugang erfolgen, während bei der Positivdruckbeatmung immer ein Atemwegszugang vorliegen muss. Hierbei kann NIV mit positiven Drücken über einen Beatmungshelm oder mit einer Maske erfolgen, die das gesamte Gesicht, Mund und Nase oder nur die Nase um schließt. Depending on how the airway is secured, one speaks of "invasive" or "non-invasive" ventilation. If the airway is secured via a trachea hose (tube) and ventilated via it, this is referred to as "invasive ventilation". Ventilation without a tube is referred to as "non-invasive ventilation" or "NIV". With negative pressure ventilation, NIV can be performed without airway access, while with positive pressure ventilation, airway access is always required. Here, NIV can be done with positive pressures via a respirator helmet or with a mask that encloses the entire face, mouth and nose, or just the nose.
Grundlagen der Atemwegssicherung Basics of airway management
Eine Atemwegssicherung mit einem Tubus erfolgt bei fehlenden Schutzreflexen bei spielsweise bei Narkose oder Koma. Hierdurch sollen die Atemwege vor Aspiration, also dem Eintritt von Mageninhalt in die Luftröhre gesichert werden, was ebenfalls ein ARDS verursachen kann. Eine Intubation erfolgt auch, wenn NIV nicht mehr vom Patienten toleriert wird oder erfolglos bleibt. Sobald bei zunehmender Lungenschädi gung hohe Beatmungsdrücke und hohe Sauerstoffanteile benötigt werden, wird ab einer bestimmten Grenze NIV Positivdruckbeamtung zu unsicher und sogar sehr ge fährlich. Bereits das Verrutschen einer Maske, die Abnahme eines Helmes oder eine notwendige NIV Unterbrechung zur Intubation mit aktuellen Techniken können dann zu einem unzureichendem Gasaustausch mit lebensbedrohlichem Sauerstoffmangel führen. The airway is secured with a tube if there is a lack of protective reflexes, for example in the case of anesthesia or coma. This is intended to protect the airways against aspiration, i.e. the entry of stomach contents into the trachea, which can also cause ARDS. Intubation is also performed when NIV is no longer tolerated by the patient or is unsuccessful. As soon as high ventilation pressures and high proportions of oxygen are required with increasing lung damage, NIV positive pressure testing becomes too unsafe and even very dangerous above a certain limit. Even the slipping of a mask, the removal of a helmet or a necessary NIV interruption for intubation with current techniques can then lead to insufficient gas exchange with a life-threatening lack of oxygen.
Eine Zwischenstufe der Atemwegssicherung stellen die sogenannten „supraglotti schen Atemwege“ oder„SGA“ dar, wie z.B. die Kehlkopfmaske, die millionenfach bei Narkosen oder Notfällen eingesetzt werden. Hierbei wird kein Schlauch durch die Stimmritze („Glottis“) in die Luftröhre eingeführt, sondern der Kehlkopf von außen umschlossen und so abgedichtet, dass beatmet werden kann. Magenflüssigkeit kann über einen integrierten Schlauch am Kehlkopf vorbeigeführt werden. Alle Leitlinien zur Atemwegssicherung empfehlen das Einführen einer SGA, sobald die Intubation nicht gelingt und eine Positivdruckbeatmung über die Maske auch nicht möglich ist. Im Vergleich zu einem Tubus in der Luftröhre ist der Grad der Atemwegssicherung mit einem SGA allerdings geringer und bei hohen Beatmungsdrücken und hohem Sauerstoffanteil stoßen sie an ihre Grenzen. Der Atemweg kann durch eine sich teil weise oder ganz verschließende Stimmritze, den Kehlkopfdeckel oder eine verrut schende SGA verlegt werden, wodurch besonders bei hohem Sauerstoffbedarf der Patient ebenfalls lebensbedrohlich gefährdet ist. The so-called “supraglottic airways” or “SGA”, such as the larynx mask, which are used by the millions in anesthesia or emergencies, represent an intermediate stage in securing the airway. In this case, no tube is inserted through the glottis into the trachea, but the larynx from the outside enclosed and sealed in such a way that it can be ventilated. Gastric fluid can be guided past the larynx via an integrated tube. All airway management guidelines recommend the introduction of an SGA as soon as intubation is unsuccessful and positive pressure ventilation via the mask is also not possible. Compared to a tube in the trachea, however, the degree of airway protection with an SGA is lower and they reach their limits at high ventilation pressures and a high oxygen content. The airway can be obstructed by a partially or completely closing glottis, the larynx or a slipping SGA, which also poses a life-threatening risk to the patient, especially when there is a high oxygen requirement.
Grundlagen der Lungenschädigung Fundamentals of Lung Injury
Bei einer ausgeprägte Lungenschädigung oder ARDS ist besonders die Ausatmung von Bedeutung, da hier vor allem folgende krankhaften Veränderungen vorliegen: Gasaustauschfläche geht durch kollabierende Lungenareale verloren, weil durch eine vermehrte Durchlässigkeit zwischen Blutkapillaren und Lungenbläschen und/o der auch durch Virusbefall der Lungenzellen die dort oberflächenaktive Substanz „Surfactant“ nicht mehr die Lungenbläschen bei der Ausatmung stabilisieren kann. Kollabierte, nicht belüftete Lungenareale werden aberweiter durchblutet, es wird we niger Sauerstoff aufgenommen und trotz Sauerstoffgabe entwickelt sich ein lebens bedrohlicher Sauerstoffmangel. Das erkannten 1967 bereits die Erstbeschreiber des ARDS und sie erkannten auch, wie sie mit Beatmung dem Kollaps bei der Ausat mung entgegenwirken konnten: Seitdem versucht man den Kollaps geschädigter Lungenareale durch positiven Beatmungsdruck während der Ausatmung zu verhin dern. Man spricht von „positive end-expiratory pressure“ oder PEEP. Je höher der PEEP, um so höher ist das Niveau auf dem die Ausatmung verhindert und gehalten wird. Dementsprechend wird auch die Atemlage in die Einatmung hinein verschoben, wodurch das expiratorische Reservevolumen (ERV) erhöht und das inspiratorische Reservevolumen (IRV) vermindert wird (Figuren 3 bis 5). In the case of pronounced lung damage or ARDS, exhalation is particularly important, since the following pathological changes are present here: Gas exchange surface is lost due to collapsing lung areas, because increased permeability between blood capillaries and pulmonary alveoli and/or virus infection of the lung cells causes the surface-active cells there Substance "Surfactant" can no longer stabilize the alveoli during exhalation. However, collapsed, non-ventilated areas of the lung continue to be supplied with blood, less oxygen is absorbed and, despite the administration of oxygen, a life-threatening lack of oxygen develops. The people who first described ARDS recognized this in 1967 and they also recognized how they could use ventilation to counteract the collapse during expiration: since then, attempts have been made to prevent the collapse of damaged lung areas through positive ventilation pressure during expiration. This is referred to as “positive end-expiratory pressure” or PEEP. The higher the PEEP, the higher the level at which exhalation is prevented and maintained. Accordingly, the position of breathing is also shifted into inspiration, thereby increasing the expiratory reserve volume (ERV) and decreasing the inspiratory reserve volume (IRV) (Figures 3 to 5).
Aktuelle Lage und Problemstellung Current situation and problem
Eine zunehmende Invasivität der Behandlungsmethoden hatte mehr therapiebe dingte, unerwünschten Wirkungen und Komplikationen zur Folge, so dass aktuell Lunge, Atmung und andere Organsysteme zusätzlich durch die Therapie selbst er heblich geschädigt werden. Darüber hinaus wurden die moderneren Therapiemaß nahmen auch immer aufwendiger, komplizierter und fehleranfälliger, wodurch immer mehr hochspezialisierte Fachkräfte gebraucht wurden. Vor allem deswegen stellt die Intensivmedizin heute den mit Abstand kostenintensivsten Bereich im Gesundheits system dar, was in einigen Ländern zu einer Reduktion intensivmedizinischer Kapa zitäten und einer verringerten Verfügbarkeit von Therapieplätzen führte. Es liegt nahe, dass sich das Mortalitätsrisiko beatmeter Patienten erheblich zwischen ver schiedenen Ländern unterscheidet. An increasing invasiveness of the treatment methods resulted in more therapy-related, undesirable effects and complications, so that currently Lungs, breathing and other organ systems are also significantly damaged by the therapy itself. In addition, the more modern therapeutic measures were also becoming more and more expensive, complicated and error-prone, which meant that more and more highly specialized professionals were needed. Mainly because of this, intensive care medicine is by far the most cost-intensive area in the healthcare system today, which in some countries has led to a reduction in intensive care capacities and a reduced availability of therapy places. It is obvious that the mortality risk of mechanically ventilated patients differs significantly between different countries.
Zwar gibt es in Deutschland im europäischen Vergleich mit Abstand die meisten In tensivbetten pro Einwohner, die Versorgungsqualität unterscheidet sich allerdings er heblich. Selbst in Deutschland bestehen große Unterschiede beim Überleben beatmeter Patienten zwischen Kliniken unterschiedlicher Versorgungsstufen: Bei ei ner ausgeprägten Lungenschädigung (ARDS) nehmen die Unterschiede noch deut lich zu und seit über 50 Jahren überleben außerhalb spezialisierter Zentren mindes tens die Hälfte der ARDS Patienten die Beatmung nicht. Die Sterblichkeit von beat- meten Patienten ohne ARDS liegt mit 31% in den nicht-universitären Kliniken um 50% höher als in den Universitätskliniken. Bei beatmeten Patienten mit ARDS ver doppelte sich in den nicht-universitären Kliniken nicht nur die Sterblichkeit, sondern auch der Sterblichkeitsunterschied im Vergleich zu den Universitätskliniken. Das un abhängige Risiko mit ARDS zu versterben, verdreifachte sich sogar (1). Although Germany has by far the most intensive care beds per inhabitant in a European comparison, the quality of care differs significantly. Even in Germany, there are major differences in the survival of ventilated patients between clinics with different levels of care: In the case of pronounced lung damage (ARDS), the differences are increasing significantly and for more than 50 years at least half of ARDS patients outside of specialized centers have not survived ventilation. The mortality rate of ventilated patients without ARDS is 31% in non-university clinics, 50% higher than in university clinics. In the case of ventilated patients with ARDS, not only did the mortality double in the non-university hospitals, but also the mortality difference compared to the university hospitals. The independent risk of dying with ARDS even tripled (1).
Eines der Hauptprobleme ist die invasive Positivdruckbeatmung über den Luftröhren tubus. Selbst die sogenannte „lungenprotektive Beatmung“ schädigt zusätzlich nicht nur die schon geschädigte Lunge und die Atemmuskulatur, sondern auch andere Or gansysteme. Außerdem setzt sie eine ganze Kettenreaktion lebensbedrohlicher Komplikationen in Gang. Hauptsächlich wegen des Tubus entwickeln bis zur Hälfte der invasiv beatmeten Patienten zusätzlich eine Lungenentzündung, was nicht nur die Lunge weiter schädigt, sondern auch andere Organsysteme. Durch den Tubus in der Luftröhre werden zudem ausgeprägte Schutzreflexe aktiviert, wodurch eine Anal- gosedierung zur Abschirmung und Dämpfung erforderlich wird. Das hat zahlreiche Nebenwirkungen und weitere, schwerwiegende Komplikationen zur Folge. So treten oft Überhänge auf, die die Beatmungsdauer verlängern und dadurch häufiger beat mungsbedingte Komplikationen verursachen. Darüber hinaus kann besonders in Kombination mit der Überdruckbeatmung die Sedierung Kreislauffunktionen ganz er heblich beeinträchtigen, so dass kreislaufstützende Medikamente kontinuierlich zu geführt werden müssen. Diese sogenannten Katecholamine vermindern ihrerseits die Organdurchblutung und können das Versagen mehrerer Organsysteme beschleuni gen. Beatmungspflichtige Patienten mit sehr ausgeprägter Lungenschädigung wer den häufig in Bauchlage therapiert, wodurch sie eine besonders tiefe Sedierung be nötigen. One of the main problems is invasive positive pressure ventilation via the tracheal tube. Even the so-called “lung-protective ventilation” not only damages the already damaged lungs and respiratory muscles, but also other organ systems. It also sets in motion a whole chain reaction of life-threatening complications. Mainly because of the tube, up to half of the invasively ventilated patients also develop pneumonia, which not only further damages the lungs but also other organ systems. The tube in the trachea also activates pronounced protective reflexes, making analgosedation necessary for shielding and cushioning. This has numerous side effects and other serious complications. Overhangs often occur, which lengthen the ventilation period and thus cause ventilation-related complications more frequently. In addition, especially in combination with positive pressure ventilation, the sedation impairs the circulatory functions considerably, so that drugs that support the circulatory system have to be administered continuously. These so-called catecholamines reduce the blood flow to the organs and can accelerate the failure of several organ systems. Patients who require ventilation and who have severe lung damage are often treated in the prone position, which means that they need particularly deep sedation.
Eine Beatmung kann auch ohne Tubus erfolgen. Allerdings kann es dann schwierig sein, diese sogenannte nicht-invasive Beatmung an den Schweregrad der Lungen schädigung effizient genug anzupassen, um kollabierende Lungenareale und zuneh mende Atem Insuffizienz zu vermeiden. Der dann auftretende erhöhte Atemantrieb mit verschärfter und vertiefter Atmung schädigt dann ebenfalls zusätzlich die Lunge. Ventilation can also take place without a tube. However, it can then be difficult to adapt this so-called non-invasive ventilation to the severity of the lung damage efficiently enough to avoid collapsing areas of the lungs and increasing respiratory insufficiency. The increased respiratory drive that then occurs with intensified and deepened breathing then also damages the lungs.
Aufgabe der Erfindung object of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einrichtungen, Verfahren und Computer programme anzugeben, mit denen die zuvor erwähnten Probleme zumindest redu ziert werden können. The invention is based on the object of specifying devices, methods and computer programs with which the aforementioned problems can be at least redu ed.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Unsere Spontanatmung steuern wir ausschließlich selbst - willentlich oder unterbe wusst. Im Unterschied zu der Spontanatmung kann aber die Eigenatmung durch die elektromagnetische oder elektrische Stimulation gesteuert werden. Die Atemmusku latur kann nicht-invasiv und schmerzfrei so gesteuert werden, dass eine ausrei chende Beatmung über die elektromagnetische Stimulation erzielt werden kann (2). Auch kann über implantierte Elektroden der Zwerchfellnerv (N. phrenicus) direkt sti muliert werden. Nicht-invasiv ohne implantierte Elektroden ist die elektrische im Ge gensatz zur elektromagnetischen Stimulation von außen über die Haut allerdings mit der aktuellen Technik schmerzhaft. Neue Techniken zur schmerzfreien elektrischen Stimulation sind in der Entwicklung. Die elektromagnetische Beatmung stellt somit bisher die einzige Methode dar, mit der die Eigenatmung nicht-invasiv, schmerzfrei und direkt kontrolliert werden kann. Diese von uns entwickelte Beatmungsmethode stellt somit die natürlichste Form der nicht-invasiven künstlichen Atmung dar. Im Gegensatz zu allen Formen der Positiv- aber auch der Negativdruckbeatmung ist die elektromagnetisch kontrollierte Eigenat mung die einzige Beatmungsform, mit der durch natürliche Druckschwankungen in Brust und Bauch beatmet werden kann. Mit dieser neuen Beatmungsform können zur Zeit bestehende Konflikte zwischen lungen- und zwerchfellprotektiver Beatmung aufgelöst werden, da Lunge und Zwerchfell bei der elektromagnetischen Atmung so wohl effektiv als auch schonend beatmet werden können. Durch individuelle Steue rung der Eigenatmung können sowohl zu geringe als auch zu hohe Atemanstrengun gen und damit assoziierte Komplikationen vermieden werden. We control our spontaneous breathing exclusively ourselves - voluntarily or subconsciously. In contrast to spontaneous breathing, however, self-breathing can be controlled by electromagnetic or electrical stimulation. The respiratory muscles can be controlled non-invasively and painlessly in such a way that adequate ventilation can be achieved via electromagnetic stimulation (2). The phrenic nerve (N. phrenicus) can also be directly stimulated via implanted electrodes. Non-invasive without implanted electrodes, however, electrical stimulation from outside via the skin is painful with current technology, in contrast to electromagnetic stimulation. New techniques for painless electrical stimulation are under development. So far, electromagnetic ventilation is the only method that can be used to control self-breathing non-invasively, painlessly and directly. This ventilation method developed by us is therefore the most natural form of non-invasive artificial respiration. In contrast to all forms of positive and negative pressure ventilation, electromagnetically controlled self-breathing is the only form of ventilation that uses natural pressure fluctuations in the chest and abdomen to ventilate the patient can be. With this new form of ventilation, existing conflicts between ventilation that protects the lungs and diaphragm can be resolved, since the lungs and diaphragm can be ventilated both effectively and gently with electromagnetic breathing. Individual control of self-breathing can prevent both too little and too much effort to breathe and the complications associated with it.
Die elektromagnetische oder elektrische Beatmung kann bei fehlender, aber auch bei vorhandener Spontanatmung und hierbei sowohl unabhängig als auch synchronisiert mit der Spontanatmung erfolgen. Über sieben verschiedene - in drei Gruppen geglie derte - elektromagnetische oder elektrische Stimulationsmuster kann bedarfsgerecht je nach Erkrankung und Atemstörung die Eigenatmung verändert, gesteuert und/oder kontrolliert werden. Electromagnetic or electrical ventilation can be carried out in the absence of, but also in the presence of, spontaneous breathing, and in this case can be carried out both independently and synchronized with spontaneous breathing. Using seven different electromagnetic or electrical stimulation patterns - divided into three groups - depending on the disease and respiratory disorder, the patient's own breathing can be changed, controlled and/or monitored.
Neben der elektromagnetischen oder elektrischen Stimulation des N. phrenicus im Halsbereich kann auch eine Stimulation an höheren oder weiter peripher gelegenen neuronalen Strukturen erfolgen. Hierdurch kann eine gezielte Steuerung der Bauch- und Brustatmung ermöglicht werden. In addition to electromagnetic or electrical stimulation of the phrenic nerve in the neck area, higher or more peripheral neuronal structures can also be stimulated. This allows targeted control of abdominal and chest breathing.
Die erwähnte Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Elektrostimulationsvor richtung gemäß Anspruch 1. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssigna len, die in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel des Lebewesens einge speist werden und hierdurch gezielt Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugt wer den, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflusst wird. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln ein gerichtet zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Dabei sind insbesondere eine, mehrere oder alle der folgenden Funktionen der Elekt rostimulationsvorrichtung und/oder Verfahrensschritte vorgesehen. The object of the invention mentioned is achieved by an Elektrostimulationsvor device according to claim 1. The object is also achieved by a method for stimulating one or more nerves and / or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and / or magnetically generated stimulation signals, which in at least be fed into a nerve and/or a muscle of the living being and thereby specifically generate muscle contractions in the living being, through which the breathing of the living being is specifically influenced. The object is also achieved by a computer program with program code means designed to carry out such a method when the computer program is executed on a computer. In particular, one, several or all of the following functions of the electrostimulation device and/or method steps are provided.
Es kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgege benen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus des Lebewesens in mehreren Schritten und/oder gleichmäßig verändert werden. Hierzu sind nachfolgend noch wei tere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 1 angegeben. Die Stimulati onssignale können dabei insbesondere mit dem Ziel einer Minimierung des Energie eintrags in das Gewebe von Lunge und Zwerchfell des Lebewesens bestimmt wer den. The strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be changed in several steps and/or uniformly over the course of a breathing cycle of the living being. Further explanations are given below in the section on stimulation method 1. The stimulation signals can be determined in particular with the aim of minimizing the energy input into the tissue of the living being's lungs and diaphragm.
Um die Ausatmung zumindest teilweise zu verhindern, kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale wäh rend der Ausatmung des Lebewesens auf einem erhöhten Niveau gehalten werden, bei dem die durch Stimulationssignale erzeugte Muskelkontraktion größer als Null ist, aber mindestens so hoch ist, dass sich bis zu 75% des inspiratorischen Reservevolu mens immer noch am Ende der Ausatmung in der Lunge befinden. Hierzu sind nach folgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 2 angegeben. In order to at least partially prevent exhalation, the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be kept at an increased level during exhalation of the living being, at which the muscle contraction generated by the stimulation signals is greater than zero, but is at least as high as that up to 75% of the inspiratory reserve volume is still in the lungs at the end of expiration. Further explanations are given in the section on stimulation method 2 below.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung der Atemtiefe gesteuert oder geregelt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 3 angegeben. The respiration of the living being can be controlled or regulated to a predetermined value, value range and/or temporal change in the respiratory depth by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. Further explanations are given below in the section on stimulation method 3.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt wer den. Hierdurch kann eine Sekretmobilisationsstimulation durchgeführt werden. The breathing of the living being can be controlled or regulated to a breathing rate of more than 40 breathing cycles/minute by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device. This allows secretion mobilization stimulation to be carried out.
Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsme thode 4, Sekretmobilisationsstimulation angegeben. Bei dieser Funktion können ins besondere mehr als 60 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt werden. Möglich sind z.B. 200 bis 300 Atemzyklen/Minute mit geringer Amplitude der Muskelstimula tion. Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens für einen begrenzten Zeitraum auf eine Atemtiefe gesteuert oder geregelt werden, die für einen lebenserhaltenden Gasaustausch des Lebewesens zu gering ist. Auf diese Weise kann auch eine Atembewegung des Lebewesens ohne ausreichende Atmung durchgeführt werden, d. h. die in die Lunge hinein- und wieder hinaussströmenden Luftvolumina sind ungenügend. Hierdurch kann zum Beispiel eine Sekretmobilisation stimuliert werden oder ein Training der Atemmuskulatur erfolgen. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4, secretion mobilization stimulation. With this function, in particular, more than 60 breathing cycles/minute can be controlled or regulated. For example, 200 to 300 breathing cycles/minute with a low amplitude of muscle stimulation are possible. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the living being's respiration can be controlled or regulated for a limited period of time to a breathing depth that is too low for a life-sustaining gas exchange of the living being. In this way, a breathing movement of the living being can also be carried out without sufficient breathing, ie the air volumes flowing into and out of the lungs are insufficient. This can, for example, stimulate secretion mobilization or train the respiratory muscles.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die vollständige Ausatmung ver hindert werden, indem die Ausatmungsdauer (Dauer der Expirationsphase) des Le bewesens auf das 0,2 bis 1 ,3 fache der Einatmungsdauer (Dauer der Inspirations phase) verkürzt wird. Zusätzlich kann die Stärke der Stimulationssignale im Vergleich zu normalen Atemzyklen erhöht werden, um einen maximalen Volumenstrom beim Ausatmen zu erzeugen. Hierdurch kann eine Ausatmung forciert bzw. beschleunigt oder eine Hustenstimulation durchgeführt werden Hierzu sind nachfolgend noch wei tere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4, Hustenstimulation angege ben. Die hierfür als Referenz verwendete Dauer der Inspirationsphase kann z.B. die Dauer der Inspirationsphase desselben Atemzyklus sein, oder ein Mittelwert der Dauer von mehreren vorangegangenen Inspirationsphasen oder ein für das jeweilige Lebewesen ermittelteter typischer Wert der Dauer der Inspirationsphase. By setting the parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, complete expiration can be prevented by increasing the expiration time (duration of the expiration phase) of the living being to 0.2 to 1.3 times the inhalation time (duration of the inspiration phase ) is shortened. In addition, the strength of the stimulation signals can be increased compared to normal breathing cycles in order to generate maximum volumetric flow during expiration. This can be used to force or accelerate exhalation or to stimulate a cough. Further explanations are given below in section Stimulation method 4, Cough stimulation. The duration of the inspiration phase used as a reference can be, for example, the duration of the inspiration phase of the same breathing cycle, or an average of the duration of several previous inspiration phases, or a typical value of the duration of the inspiration phase determined for the living being in question.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Steuerung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchgeführt wer den. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulations methode 4 angegeben. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the characteristics of the respiratory cycles can be controlled to predetermined target characteristics of the respiratory cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von aktuellen Messwerten von Kenndaten der Atemzyklen des Lebewesens, die z.B. mittels we nigstens eines Sensor fortlaufend ermittelt werden, eine Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchgeführt wer den. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulations methode 4 angegeben. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device depending on current measured values of characteristic data of the living being's breathing cycles, which are continuously determined, for example, by means of at least one sensor, the characteristic data can be regulated of the respiratory cycles to predetermined target characteristics of the respiratory cycles who performed the. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
Für beide der zuvor genannten Funktionen gilt, dass die Ziel-Kenndaten dabei insbe sondere solche Kenndaten sein können, die eine Schädigung der Lunge vermeiden. Insbesondere kann hierdurch ein selbstschädigendes Atmungsmuster des Lebewe sens vermieden werden. Die Steuereinrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, durch die Stimulationssignale den Volumenstrom der Atmung, die Atembewegungen und/oder die transpulmonalen Drücke auf einen vorbestimmten Maximalwert zu be grenzen. For both of the functions mentioned above, the target characteristic data can in particular be such characteristic data that avoid damage to the lungs. In particular, a self-damaging breathing pattern of the living being can be avoided in this way. The control device can also be set up to use the stimulation signals to limit the volume flow of respiration, the respiratory movements and/or the transpulmonary pressures to a predetermined maximum value.
Es können Parameter der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abge gebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von aktuellen Messwerten der Spon tanatmungsimpulse des Lebewesens, insbesondere synchronisiert auf die Spontan atmungsimpulse, verändert werden. Auf diese Weise kann der Spontanatmungsim puls des Lebewesens blockiert oder verändert werden. Die Messwerte können durch wenigstens einen Spontanatmungsimpuls-Sensor, durch den die Spontanatmungs impulse des Lebewesens erfassbar sind, fortlaufend ermittelt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 5 ange geben. Der Spontanatmungsimpuls-Sensor kann als Nervenimpuls-Sensor ausgebil det sein, durch den die Atmung des Lebewesens steuernde Nervenimpuls-Signale des Lebewesens erfassbar sind. Es ist auch möglich, zum Beispiel im Falle der elekt romagnetischen Stimulation, dass die Signalabgabeeinrichtung zur Abgabe der Sti mulationssignale zugleich den Nervenimpuls-Sensor bildet. Beispielsweise kann eine solche Signalabgabeeinrichtung als Spule oder Spulenanordnung ausgebildet sein. Mit einer Spule oder Spulenanordnung kann auch der Nervenimpuls erfasst werden. Parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be changed as a function of current measured values of the living being's spontaneous breathing pulses, in particular synchronized with the spontaneous breathing pulses. In this way, the spontaneous breathing pulse of the living being can be blocked or changed. The measured values can be continuously determined by at least one spontaneous breathing impulse sensor, by which the spontaneous breathing impulses of the living being can be detected. Further explanations are given below in the section on stimulation method 5. The spontaneous breathing impulse sensor can be designed as a nerve impulse sensor, by means of which nerve impulse signals of the living being that control the breathing of the living being can be detected. It is also possible, for example in the case of electromagnetic stimulation, for the signal delivery device for delivering the stimulation signals to form the nerve impulse sensor at the same time. For example, such a signal output device can be designed as a coil or coil arrangement. The nerve impulse can also be detected with a coil or coil arrangement.
Der intraabdominale Druck ist der Druck in der Bauchhöhle des Lebewesens. Intra-abdominal pressure is the pressure in the living being's abdominal cavity.
Durch die Einatmung wird der Druck in der Bauchhöhle („intrabdominal pressure“, IAP) erhöht und durch die Ausatmung erniedrigt. So entstehen bei der Spontanat mung Druckgefälle zwischen Brust- und Bauchraum. Die Atemmuskulatur kann ge ringe, aber auch verstärkte Druckschwankungen in der Bauchhöhle hervorrufen. Diese Druckschwankungen beeinflussen die Funktionen der Bauchorgane. Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale den intraabdominalen Druck des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Ände rung gesteuert oder geregelt werden. Auf diese Weise kann gezielt der intraabdomi nale Druck beeinflusst werden. Hierdurch kann zum Beispiel eine Verbesserung der Durchblutung bestimmter Organe bewirkt werden. Beispielsweise können positive Einflüsse auf die Bauchorgane ausgelöst werden. Durch die Stimulation entstehen wie bei der Spontanatmung natürliche Druckgefälle zwischen Brust- und Bauchraum und es können natürliche, aber auch verstärkte Druckschwankungen in der Bauch höhle hervorgerufen werden, die die Funktionen der Bauchorgane - wie z.B. Darm motilität und andere Darmfunktionen, Organdurchblutung oder Lymphdrainage - günstig beeinflussen. Das kann entscheidend zur Verbesserung der Prognose beitra gen. So kann beispielsweise je nach vorherrschenden und durch die Zwerchfellkon traktionen hervorgerufenen intraabdominellen Drücke Tiefe und Dauer der Einat mung, aber auch Niveau und Dauer der Ausatmung gezielt gesteuert werden. Inhalation increases the pressure in the abdominal cavity (intrabdominal pressure, IAP) and exhalation decreases it. This creates a pressure gradient between the chest and abdominal cavity during spontaneous breathing. The respiratory muscles can cause small but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity. These pressure fluctuations affect the functions of the abdominal organs. The intra-abdominal pressure of the living being can be controlled or regulated to a predetermined value, value range and/or change over time by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. In this way, the intra-abdominal pressure can be specifically influenced. This can, for example, improve blood circulation in certain organs. For example, positive influences on the abdominal organs can be triggered. As with spontaneous breathing, the stimulation creates natural pressure gradients between the chest and abdominal cavity and natural, but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity can be caused, which favorably improve the functions of the abdominal organs - such as intestinal motility and other intestinal functions, organ blood circulation or lymphatic drainage influence. This can make a decisive contribution to improving the prognosis. For example, depending on the prevailing intra-abdominal pressures caused by diaphragm contractions, the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation, can be controlled in a targeted manner.
So kann die Stimulation in Abhängigkeit von vorherrschenden und durch die Atmung beeinflussten intrabdominellen Drücken die Tiefe und die Dauer der Einatmung, aber auch das Niveau und die Dauer der Ausatmung gezielt steuern. Ist der intrabdomi- nelle Druck beispielsweise bei einer intrabdominellen Hypertension (IAP > 12 mbar) so erhöht, dass eine Durchblutung der Bauchorgane beeinträchtigt ist, kann entspre chend die Stimulation in der Ein- aber auch in der Ausatmung verringert werden. Depending on the prevailing intra-abdominal pressures influenced by breathing, the stimulation can specifically control the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation. If the intra-abdominal pressure, for example in the case of intra-abdominal hypertension (IAP > 12 mbar), is so high that blood flow to the abdominal organs is impaired, the stimulation during inhalation and exhalation can be reduced accordingly.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine gezielte Anregung der Atem nerven und/oder des Atemzentrums durchgeführt werden. Hierdurch werden nur ge zielt die Atemnerven und/oder das Atemzentrum aktiviert, ohne dass dies zu einer spürbaren Beeinflussung der Atemmuskulatur führt. Insbesondere wird hierbei nicht eine solche Stimulation der Atemmuskulatur hervorgerufen, die für einen lebenser haltenden Gasaustausch des Lebewesens ausreicht. Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass die Stärke der Stimulationssignale so gering ist, dass nahezu keine Muskelkontraktionen erfolgen. Hiermit können trotzdem Atemnerven und Atemzentrum aktiviert und/oder ihre Aktivität erhalten werden. Eine Beatmung reduziert die Atemarbeit der Atemmuskulatur. Die Atembewegungen erfolgen bei Beatmung passiv, die Aktivität der Atemnerven geht zurück und kann so gar ganz erlöschen. Das trifft sowohl für die efferenten Motoneurone zu, die die Mus kulatur ansteuern als auch für die afferenten, sensorischen Nervenbahnen, die das Ausmaß und die Geschwindigkeit der erfolgten Muskelkontraktion und die entspre chende Positionsänderung erfassen und diess dem Atemzentrum zur Rückkopplung zurückmelden. A targeted stimulation of the respiratory nerves and/or the respiratory center can be carried out by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device. This only activates the respiratory nerves and/or the respiratory center in a targeted manner, without leading to a noticeable effect on the respiratory muscles. In particular, the respiratory muscles are not stimulated in this way in a way that is sufficient for a life-sustaining gas exchange of the living being. This can be realized, for example, by the strength of the stimulation signals being so low that there are almost no muscle contractions. With this, respiratory nerves and the respiratory center can still be activated and/or their activity maintained. Ventilation reduces the work of breathing of the respiratory muscles. The respiratory movements are passive during ventilation, the activity of the respiratory nerves decreases and can even disappear completely. This applies both to the efferent motor neurons, which control the muscles, and to the afferent, sensory nerve pathways, which record the extent and speed of the muscle contraction and the corresponding change in position and report this back to the respiratory center for feedback.
Neben der Aktivität der efferenten als auch der afferenten Nervenbahnen nimmt bei Beatmung entsprechend auch die Aktivität der Neurone im Atemzentrum im Hirn stammbereich ab. Dabei reduziert das Atemzentrum seine Aktivität bereits nach ei ner Beatmungszeit von wenigen Minuten. Man kann dann nach Beatmungsstop be wusst - also über die Großhirnrinde - das Atmungszentrum ansteuern, aber das At men wird jetzt als anstrengend empfunden, obwohl es das nicht ist. Nach kurzer Zeit erfolgt nach Beatmungsstop und vollständigem Wiedereinsetzen der Spontanatmung bei gesunden Lebewesen dann wieder eine natürliche, autonome Spontanatmung, die über das Atemzentrum gesteuert wird. In addition to the activity of the efferent and afferent nerve tracts, the activity of the neurons in the respiratory center in the brainstem area also decreases during ventilation. The respiratory center reduces its activity after just a few minutes of ventilation. After stopping ventilation, you can then consciously - i.e. via the cerebral cortex - control the respiratory center, but breathing is now perceived as strenuous, although it is not. After a short time, after the ventilation has stopped and spontaneous breathing has resumed completely in healthy living beings, natural, autonomous spontaneous breathing takes place again, which is controlled by the respiratory center.
Mit dieser Stimulationsmethode zur Aktivierung und/oder Erhaltung der Aktivität von Atemnerven und Atemreflexen sollen die efferenten und auch die afferenten Neurone - also die motorischen und die sensorischen Nervenbahnen mit den Neuronen des Atemzentrums im Hirnstammbereich aktiviert und/oder Ihre Aktivität erhalten werden. Wie bei der Konditionierung, dem Training, der Sekretmobilisierung und dem Husten etc. muss bei dieser Stimulationsmethode ebenfalls keine ausreichende Atmung zur Aufrechterhaltung eines Gasaustauschs erfolgen. With this stimulation method for activating and/or maintaining the activity of respiratory nerves and respiratory reflexes, the efferent and afferent neurons - i.e. the motor and sensory nerve tracts with the neurons of the respiratory center in the brainstem area - are to be activated and/or their activity is to be maintained. As with conditioning, training, secretion mobilization and coughing, etc., this stimulation method does not require sufficient respiration to maintain gas exchange.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyk len eine Steuerung oder Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchgeführt werden, danach über eine Vielzahl von Atemzyklen keine Beeinflussung der Atemzyklen des Lebewesens durchzuführen und danach wieder über eine Vielzahl von Atemzyklen eine Steuerung oder Rege lung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyk len durchzuführen. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 6 angegeben. Es können durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signal abgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atem zyklen Muskelkontraktionen der Atemmuskulatur des Lebewesens angeregt werden, die für den durch die Atmung durchzuführenden Gasaustausch des Lebewesens nicht notwendig sind und hierdurch ein zusätzliches Muskeltraining hervorrufen. Hier durch kann ein gezieltes Muskeltraining der Atemmuskulatur durchgeführt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsme thode 7, insbesondere 7.1, 7.5, 7.6 angegeben. Bei dieser Art der Stimulation wird die tatsächliche Atemtiefe nicht oder nur mit einer so geringen Amplitude beeinflusst, die für einen lebenserhaltenden Gasaustausch des Lebewesens zu gering ist. Das Ziel dieser Stimulation ist ein Training der Atemmuskulatur, wobei das Training un schädlich für die Atmungsorgane gestaltet wird, insbesondere unschädlich für das Lungengewebe und den Zwerchfellmuskel. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device over a large number of breathing cycles, the characteristic data of the breathing cycles can be controlled or regulated to predetermined target characteristic data of the breathing cycles, after which there is no influencing of the breathing cycles over a large number of breathing cycles To carry out living being and then to carry out a control or regulation of the characteristic data of the respiratory cycles to predetermined target characteristic data of the respiratory cycles again over a large number of breathing cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 6. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emitting device, muscle contractions of the living being's respiratory muscles can be stimulated over a large number of breathing cycles, which are not necessary for the gas exchange to be carried out by the living being through respiration and thereby cause additional muscle training. Targeted muscle training of the respiratory muscles can be carried out here. Further explanations in this regard are given below in section stimulation method 7, in particular 7.1, 7.5, 7.6. With this type of stimulation, the actual breathing depth is not influenced or only with such a small amplitude that is too small for a life-sustaining gas exchange of the living being. The aim of this stimulation is a training of the respiratory muscles, the training being designed harmless to the respiratory organs, in particular harmless to the lung tissue and the diaphragm muscle.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atemlage auf einen erhöhten Wert gesteuert oder geregelt werden und/oder die Atem läge in die Inspirationsphase verschoben werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Ab schnitt Stimulationsmethode 7.2 angegeben. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the breathing position can be controlled or regulated to an increased value and/or the breathing position can be shifted into the inspiration phase. Further explanations are given below in section stimulation method 7.2.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens an hand aktueller Messwerte der Atemtiefe auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung der Atemtiefe geregelt werden. Hierzu kann ein Atem- tiefe-Sensor genutzt werden, durch den fortlaufend Messwerte der Atemtiefe des Le bewesens erfasst werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 3 und 7.3 angegeben. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the living being's respiration can be regulated to a predetermined value, value range and/or temporal change in the respiratory depth using current measured values of the respiratory depth. For this purpose, a breathing depth sensor can be used, which continuously measures the breathing depth of the living creature. Further explanations are given below in the section on stimulation methods 3 and 7.3.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Begrenzung der Atemtiefe und/oder des Volumenstroms in der Inspirationsphase auf einen vorbestimmten Ma ximalwert durchgeführt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4 und 7.4 angegeben. Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale der Volumenstrom in der Exspira tionsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt werden und/oder gegen über dem mittleren intrinsischen Volumenstrom des Lebewesens in der Exspirations phase verringert werden. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, the breathing depth and/or the volume flow in the inspiration phase can be limited to a predetermined maximum value. Further explanations are given below in the section on stimulation methods 4 and 7.4. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the volume flow in the expiration phase can be limited to a predetermined maximum value and/or reduced compared to the average intrinsic volume flow of the living being in the expiration phase.
Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalab gabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Dauer der Exspirationsphase gegenüber der mittleren intrinsischen Dauer der Exspirationsphase des Lebewesens verringert werden. Insbesondere kann mittels der Stimulationssignale eine vollstän dige Ausatmung des Lebewesens verhindert werden, d. h. zumindest eine gewisse Restluftmenge in der Lunge behalten werden. By setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, the duration of the expiration phase can be reduced compared to the average intrinsic duration of the living being's expiration phase. In particular, the stimulation signals can be used to prevent the living being from breathing out completely, i. H. at least a certain amount of residual air can be retained in the lungs.
Es kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgege benen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus in der Inspirationsphase er höht und in der Exspirationsphase wieder verringert werden. Hierdurch kann der Energieeintrag in das Gewebe des Lebewesens minimiert werden. The strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be increased in the course of a breathing cycle in the inspiration phase and reduced again in the expiration phase. In this way, the energy input into the living being's tissue can be minimized.
Es kann ein mit dem Atmungssystem des Lebewesens pneumatisch und/oder elektrisch gekoppelter Durchfluss-Steueraktuator, durch den der Volumenstrom des in das Lebewesen hineinfließenden und/oder herausfließenden Luftstroms einstellbar ist, im Laufe eines Atemzyklus variabel angesteuert werden, derart, dass durch den Durchfluss-Steueraktuator der Volumenstrom in der Inspirationsphase und/oder der Exspirationsphase zumindest temporär begrenzt oder verringert wird. Der Durch- fluss-Steueraktuator kann z.B. ein elektrisch betätigbares Ventil in einer Atemmaske oder einem Schlauch aufweisen. Der Durchfluss-Steueraktuator kann ein elektrischer Aktuator sein, mit dem der Kehlkopf des Lebewesens stimulierbar ist, z.B. durch elektromagnetische Kehlkopfstimulation. Hierdurch kann zum Beispiel bei der Ausat mung ein gewünschter, definierter Widerstand gegenüber dem Ausatmungsluftstrom erzeugt werden, durch den die Atemwege und die Alveolen offengehalten werden. A flow control actuator that is pneumatically and/or electrically coupled to the respiratory system of the living being and by means of which the volumetric flow of the air flow flowing into and/or out of the living being can be adjusted can be controlled variably in the course of a breathing cycle in such a way that the flow Control actuator of the volume flow in the inspiration phase and / or the expiration phase is at least temporarily limited or reduced. For example, the flow control actuator may comprise an electrically operable valve in a breathing mask or hose. The flow control actuator may be an electrical actuator capable of stimulating the subject's larynx, e.g., by electromagnetic larynx stimulation. As a result, a desired, defined resistance to the flow of exhaled air can be generated during exhalation, for example, which keeps the airways and alveoli open.
Die Steuereinrichtung kann über eine Schnittstelle mit einem Beatmungsgerät ver bindbar sein, das dazu eingerichtet ist, das Lebewesen durch Erzeugung variablen Positivdrucks und/oder Negativdrucks zu beatmen, wobei die Steuereinrichtung zum Datenaustausch mit einer Steuereinrichtung des Beatmungsgeräts eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Steuereinrichtung der Elektrostimulationsvorrichtung auf Daten, insbesondere Messwerte zurückgreifen kann, die in dem Beatmungsgerät ohnehin vorhanden sind, wie zum Beispiel Messwerte für Volumenstrom, Atemtiefe und ähnliches. Dementsprechend sind solche Sensoren dann bei der Elektrostimula tionsvorrichtung nicht notwendig. The control device can be connected via an interface to a ventilator that is set up to ventilate the living being by generating variable positive pressure and/or negative pressure, the control device being set up for data exchange with a control device of the ventilator. This has the advantage that the control device of the electrical stimulation device can access data, in particular measured values, which are already present in the ventilator, such as measured values for volume flow, breathing depth and the like. Accordingly, such sensors are then not necessary in the electrostimulation device.
Es kann durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Ein atmung in dem Atemzyklus hervorgerufen werden. Dies ist im Falle der Stimulations methode 2 z.B. vorteilhaft, um hierdurch ein Öffnen der Lunge und dementsprechend eine Rekrutierungsstimulation durchzuführen. Im Falle der Hustenstimulation kann dies z.B. vorteilhaft sein, um hierdurch ein Maximum an Luftvolumen in der Lunge aufzunehmen, was für die Hustenstimulation förderlich ist, weil viel Luft zur Erzeu gung eines hohen Volumenstroms bei der Ausatmung zur Verfügung steht. By appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, a deep inhalation can initially be induced in the respiratory cycle. In the case of stimulation method 2, this is advantageous, for example, in order to open the lungs and carry out recruitment stimulation accordingly. In the case of cough stimulation, this can be advantageous, for example, in order to take in a maximum of air volume in the lungs, which is beneficial for cough stimulation because a lot of air is available to generate a high volume flow during expiration.
Es kann z.B. eine Hustenstimulation durchgeführt werden, indem durch entspre chende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrich tung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Einatmung in dem Atem zyklus hervorgerufen wird und im Anschluss an die tiefe Einatmung durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebe nen Stimulationssignale eine oder mehrere partielle Ausatmungen mit einer im Ver gleich zur durchschnittlichen Ausatmung verkürzten Ausatmungsdauer und/oder er höhten Stärke der Stimulationssignale hervorzurufen, z.B. indem die vollständige Ausatmung verhindert wird, z.B. dadurch dass indem die Ausatmungsdauer auf das 0,2 bis 1 ,3 fache der Einatmungsdauer verkürzt wird. Zusätzlich kann die Stärke der Stimulationssignale im Vergleich zu normalen Atemzyklen erhöht werden, um einen maximalen Volumenstrom beim Ausatmen zu erzeugen. Es ist insbesondere mög lich, im Anschluss an eine tiefe Einatmung durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimu lationssignale mehrere solcher Ausatmungen mit verkürzter Ausatmungsdauer und/oder maximalem Volumenstrom zu erzeugen, ohne dass zwischendurch eine Einatmung erzeugt wird. Es ist ferner vorteilhaft, eine solche Hustenstimulation zeitlich unmittelbar im An schluss an eine Sekretmobilisationsstimulation durchzuführen. Die Sekretmobilisati onsstimulation kann wie erwähnt hervorgerufen werden, indem durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt wird. Cough stimulation can be carried out, for example, by first causing a deep inhalation in the breathing cycle by appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal-emitting device and then following the deep inhalation by setting parameters of the stimulation signals generated by the at least one One or more partial expirations with an expiration duration that is shorter than the average expiration and/or an increased intensity of the stimulation signals, e.g. by preventing complete expiration, e.g. by reducing the expiration duration to 0.2 to 1 .3 times the inhalation time is reduced. In addition, the strength of the stimulation signals can be increased compared to normal breathing cycles in order to generate maximum volumetric flow during expiration. It is possible, in particular, to generate several such exhalations with a shortened exhalation duration and/or maximum volume flow following a deep inhalation by appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, without inhaling being generated in between. It is also advantageous to carry out such a cough stimulation immediately after a secretion mobilization stimulation. As mentioned, the secretion mobilization stimulation can be induced by adjusting the parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device by controlling or regulating the living being's respiration to a respiratory rate of more than 40 respiratory cycles/minute.
Es kann durch die abgegebenen Stimulationssignale wahlweise eine reine Brustat mung, eine reine Bauchatmung oder eine Kombination daraus stimuliert werden. Da bei können die Stärken der Stimulation der Bauchatmung und der Brustatmung un abhängig voneinander anpassbar sein. Auf diese Weise können die Brustatmung und die Bauchatmung unabhängig voneinander stimuliert werden. So kann durch eine erhöhte Aktivierung im Brustbereich mit Verschiebung der Atemlage in die Ein atmung und mit anhaltender Ausatmungsverhinderung der Gesamtquerschnitt des Zwerchfells während des ganzen Atemzyklus erheblich vergrößert werden. Hierdurch kann nun unabhängig von der Brustatmung viel effektiver mit sehr viel geringeren und somit sowohl für Lunge als auch Zwerchfell sehr viel schonenderen Atembewe gungen geatmet werden. Pure chest breathing, pure abdominal breathing or a combination of these can be stimulated by the stimulation signals that are emitted. Since the strengths of the stimulation of abdominal breathing and chest breathing can be independently adjustable. In this way, chest breathing and abdominal breathing can be stimulated independently. Thus, through increased activation in the chest area with a shift in the position of breathing into inhalation and with continued prevention of exhalation, the total cross-section of the diaphragm can be significantly enlarged during the entire respiratory cycle. As a result, it is now possible to breathe much more effectively, independently of thoracic breathing, with much smaller and thus much gentler breathing movements for both the lungs and the diaphragm.
Durch die Signalabgabeeinrichtung können elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugte Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel eingespeist werden. Die Stärke der Stimulationssignale kann z.B. durch die Spannungs- oder Stromamplitude, die elektrische Leistung, die Amplitude einer mag netischen Kenngröße und/oder einen Kurzzeitmittelwert einer oder mehrerer solcher Größen bestimmt sein. Beispielsweise können die in die Signalabgabeeinrichtung eingespeisten Signale zur Erzeugung der Stimulationssignale Wechselspannungs oder Wechselstromsignale oder sonstige pulsartige Signalfolgen sein. Electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle by the signal delivery device. The strength of the stimulation signals can be determined, for example, by the voltage or current amplitude, the electrical power, the amplitude of a magnetic parameter and/or a short-term average value of one or more such parameters. For example, the signals fed into the signal output device for generating the stimulation signals can be AC voltage or AC signals or other pulse-like signal sequences.
Die Signalabgabeeinrichtung kann grundsätzlich eine beliebige Signalabgabeeinrich tung sein, oder eine Kombination mehrerer Signalabgabeeinrichtungen, durch die solche elektrischen Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel einspeisbar sind. Durch die Signalabgabeeinrichtung kann somit ein Muskel direkt durch elektrische Signale zur Kontraktion angeregt werden, und/oder indirekt durch elektrische Stimulation des entsprechenden Nervs, der die Muskelkontraktion anregen kann. Beispielsweise kann die Signalabgabeeinrichtung implantierte Elektro- den aufweisen, die an entsprechender Stelle im Körper des Lebewesens implantiert sind und durch die die Stimulationssignale direkt im Körper eingespeist werden. In principle, the signal delivery device can be any desired signal delivery device, or a combination of several signal delivery devices, by means of which such electrical stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle. The signal delivery device can thus stimulate a muscle to contract directly by electrical signals and/or indirectly by electrical stimulation of the corresponding nerve, which can stimulate muscle contraction. For example, the signal output device can be implanted electro have those that are implanted at the appropriate point in the body of the living being and through which the stimulation signals are fed directly into the body.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalabgabeeinrichtung Signalabga beelemente auf, die außen am Lebewesen angeordnet werden können und dement sprechend nicht implantiert werden müssen. Auf diese Weise können invasive Schritte vermieden werden. Beispielsweise kann können die Signalabgabeelemente eine oder mehrere elektrische Spulen aufweisen, durch die induktiv elektrische Sig nale in den wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel eingespeist werden kön nen. Durch solche Spulen werden Magnetfelder in das Lebewesen eingespeist, die im Körper wiederum zu induzierten Strömen führen, durch die die gewünschten elektrischen Stimulationssignale in wenigstens einem Nerv und/oder einem Muskel erzeugbar sind. Beispielsweise können hierzu Spulen beziehungsweise Spulenano rdnungen gemäß WO 2019/154837 A1 oder WO 2020/079266 A1 eingesetzt wer den. In an advantageous embodiment, the signal output device has signal output elements that can be arranged on the outside of the living being and therefore do not have to be implanted. In this way, invasive steps can be avoided. For example, the signal output elements can have one or more electrical coils, through which inductive electrical signals can be fed into the at least one nerve and/or muscle. Magnetic fields are fed into the living being through such coils, which in turn lead to induced currents in the body, by means of which the desired electrical stimulation signals can be generated in at least one nerve and/or one muscle. For example, coils or coil arrangements according to WO 2019/154837 A1 or WO 2020/079266 A1 can be used for this purpose.
Die Signalabgabeelemente können auch am Körper des Lebewesens angebrachte Elektroden, die zum Beispiel an der Haut zu befestigen sind, umfassen, durch die eine galvanische Einkopplung elektrischer Signale in den Körper erfolgen kann. Als weitere Möglichkeit können die Signalelemente kapazitive Elektroden aufweisen, durch die mittels kapazitiver Einkopplung, d.h. ohne galvanischen Kontakt zum Lebe wesen, die elektrischen Simulationssignale in das Lebewesen eingespeist werden können. The signal delivery elements can also include electrodes attached to the body of the living being, which are to be attached to the skin, for example, through which electrical signals can be galvanically coupled into the body. As a further possibility, the signal elements can have capacitive electrodes, through which the electrical simulation signals can be fed into the living being by means of capacitive coupling, i.e. without galvanic contact with the living being.
Die Elektrostimulationsvorrichtung kann zur Stimulation grundsätzlich beliebiger Ner ven, mit denen die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist, eingerichtet sein. Dies schließt auch die Stimulation der Atemhilfsmuskulatur im Halsbereich, aber auch die Stimulation an der Nervenwurzel mit ein, ebenso wie Nerven im Be reich des Gehirns, z.B. im Hirnstamm und/oder im Großhirn. Beispielsweise kann die Elektrostimulationseinrichtung zur Stimulation eines oder mehrererfolgender Nerven ausgebildet sein: Nervus Phrenicus, einer oder mehrerer Nervi Intercostales, erstes, zweites, drittes Motoneuron, soweit diese Atembewegungen auslösen können. In principle, the electrical stimulation device can be set up to stimulate any nerve with which the breathing of the living being can be influenced in a targeted manner. This also includes the stimulation of the auxiliary respiratory muscles in the neck area, but also the stimulation of the nerve roots, as well as nerves in the brain area, e.g. in the brainstem and/or in the cerebrum. For example, the electrical stimulation device can be designed to stimulate one or more of the following nerves: Phrenic nerve, one or more intercostal nerves, first, second, third motoneuron, insofar as these can trigger breathing movements.
Für die gewünschte Beeinflussung der Atmung des Lebewesens durch die Stimulati onssignale ist die Signalabgabeeinrichtung beziehungsweise deren Signalabgabe- elemente derart ausgebildet, dass sie günstig und sicher an der geeigneten Position des Lebewesens angeordnet werden können, zum Beispiel für die Stimulation des Zwerchfells im kopfnahen Bereich des Nervus Phrenicus und/oder für die Stimulation der Brustatmung im Bereich einer oder mehrerer der Nervi Intercostales. Hierfür sind die Signalabgabeelemente hinsichtlich ihrer Formgebung und Beschaffenheit an diese entsprechende Positionierung am Lebewesen angepasst. The signal output device or its signal output elements are designed in such a way that they can be conveniently and safely arranged at the appropriate position on the living being, for example for stimulating the diaphragm in the area of the phrenic nerve near the head and/or for stimulating chest breathing in the area of one or more of the intercostal nerves. For this purpose, the signal delivery elements are adapted to this corresponding positioning on the living being in terms of their shape and nature.
Die Steuereinrichtung kann beispielsweise in der Art dazu eingerichtet sein, Kennda ten eines oder mehrerer Atemzüge eines Lebewesens zu speichern, indem die Steu ereinrichtung einen Parameterspeicher aufweist, in dem typische Kenndaten solcher Lebewesen oder Kenndaten des individuellen, zu behandelnden Lebewesens vorab eingespeichert sind. In diesem Fall kann die Elektrostimulationsvorrichtung auch ohne Messvorrichtung und insbesondere ohne Rückführung gemessener Signale im Sinne eines Regelkreises ausgebildet sein. The control device can be set up, for example, to store characteristic data of one or more breaths of a living being, in that the control device has a parameter memory in which typical characteristic data of such living beings or characteristic data of the individual living being to be treated are stored in advance. In this case, the electrical stimulation device can also be designed without a measuring device and in particular without feedback of measured signals in the sense of a control loop.
Die Elektrostimulationsvorrichtung kann auch eine Messvorrichtung mit einem oder mehreren Sensoren aufweisen, durch die Kenndaten der Atemzyklen des Lebewe sens zu bestimmten Zeitpunkten oder fortlaufend aktuell erfasst werden und der Steuereinrichtung zugeführt werden. In diesem Fall können die Kenndaten in der Steuereinrichtung zumindest temporär zwischengespeichert werden. Zusätz lich können in der Steuereinrichtung vorab bestimmte, zusätzliche Kenndaten von Atemzyklen in einem Parameterspeicher gespeichert sein, wie zuvor beschrieben. The electrical stimulation device can also have a measuring device with one or more sensors, by means of which characteristic data of the breathing cycles of the living being are recorded at specific points in time or continuously and are fed to the control device. In this case, the characteristic data can be stored at least temporarily in the control device. In addition, additional characteristics of respiratory cycles determined in advance can be stored in a parameter memory in the control device, as described above.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere als elektronische Steuereinrichtung ausge bildet sein, die einen Rechner hat, durch den die einzelnen Funktionen der Elektrosti mulationsvorrichtung gesteuert werden. In der Steuereinrichtung kann ein Computer programm gespeichert sein, in dem die entsprechenden Funktionen einprogrammiert sind und dadurch ausgeführt werden, dass der Rechner das Computerprogramm ausführt. The control device can be formed out in particular as an electronic control device which has a computer through which the individual functions of the electrostimulation device are controlled. A computer program can be stored in the control device, in which the corresponding functions are programmed and are executed by the computer executing the computer program.
Soweit ein Rechner erwähnt ist, kann dieser dazu eingerichtet sein, ein Computer programm, z.B. im Sinne von Software, auszuführen. Der Rechner kann als handels üblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombina tion aus solchen Elementen. Soweit eine Regelung erwähnt ist, unterscheidet sich eine Regelung von einer Steu erung dadurch, dass eine Regelung eine Rückführung oder Rückkopplung gemesse ner oder interner Werte aufweist, mit der die erzeugten Ausgabewerte der Regelung wiederum im Sinne eines geschlossenen Regelkreises beeinflusst werden. Bei einer Steuerung erfolgt ein reines Steuern einer Größe ohne eine solche Rückführung oder Rückkopplung. If a computer is mentioned, it can be set up to run a computer program, eg in the sense of software. The computer can be designed as a commercially available computer, for example as a PC, laptop, notebook, tablet or smartphone, or as a microprocessor, microcontroller or FPGA, or as a combination of such elements. Where regulation is mentioned, regulation differs from control in that regulation has feedback of measured or internal values, with which the generated output values of the regulation are in turn influenced in the sense of a closed control loop. In the case of a controller, a variable is simply controlled without such feedback.
Soweit der Begriff „Atemtiefe“ verwendet wird, umfasst dieser Begriff die tatsächliche Atemtiefe sowie die scheinbare Atemtiefe des Lebewesens. Die tatsächliche Atem tiefe wird durch die Größe des Atemzugvolumens bestimmt, das bei der Atmung tat sächlich mit der Umgebung ausgetauscht wird. Das Atemzugvolumen ist die Menge an Luft, die je Atemzug eingeatmet und ausgeatmet, also ventiliert wird. Die schein bare Atemtiefe wird durch die Größe des Atemzugvolumens bestimmt, das aufgrund der Bewegung der Atemmuskulatur erwartungsgemäß auftreten müsste, wenn die Atmung ungehindert durchgeführt werden könnte. In vielen Fällen wird die schein bare Atemtiefe der tatsächlichen Atemtiefe entsprechen. Sind aber z.B. die Atem wege ganz oder teilweise versperrt und/oder ist die Lunge krankhaft verändert, kann die tatsächliche Atemtiefe auch deutlich von der scheinbaren Atemtiefe abweichen. Insofar as the term "breathing depth" is used, this term includes the actual breathing depth as well as the apparent breathing depth of the living being. Actual depth of breath is determined by the amount of tidal volume exchanged with the environment during respiration. The tidal volume is the amount of air that is inhaled and exhaled, i.e. ventilated, per breath. The apparent depth of breathing is determined by the amount of tidal volume that would be expected to occur due to the movement of the respiratory muscles if breathing could be performed freely. In many cases the apparent depth of breath will correspond to the actual depth of breath. However, if, for example, the airways are completely or partially blocked and/or the lungs are pathologically altered, the actual depth of breath can deviate significantly from the apparent depth of breath.
Die tatsächliche Atemtiefe des Lebewesens kann anhand unterschiedlicher Größen erfasst werden, z.B. anhand des Atemzugvolumens und/oder der Amplitude des transpulmonalen Drucks (abgekürzt TPD, oder Englisch TPP, „transpulmonary pres sure“). Die Höhe des Atemzugvolumens hängt von der Höhe des transpulmonalen Druckes ab. Der transpulmonale Druck ist die Druckdifferenz zwischen den mit Luft gefülltem Raum der Lunge und dem Druck am äußeren Rand der Lunge zwischen den beiden Blättern des Rippenfells (Pleura). Es handelt sich also um die Differenz zwischen intrapulmonalem und intrapleuralem Druck oder anders ausgedrückt ist es die Differenz zwischen dem Alveolardruck und dem Pleuradruck. Der Alveolardruck kann nur indirekt über Messungen in den Atemwegen oder in einem Beatmungssys tem erfasst werden. Der Pleuradruck entspricht annäherungsweise dem Druck in der Speiseröhre. Der transpulmonale Druck kann zum Beispiel durch Messungen der Drücke im Beatmungssystem und in der Speiseröhre des Lebewesens bestimmt wer den. Der transpulmonale Druck ist dann die Differenz Beatmungsdruck minus Spei seröhrendruck. Die scheinbare Atemtiefe kann anhand unterschiedlicher Größen erfasst werden, z.B. durch Erfassung der durch Muskelkontraktion ausgelösten Bewegung des Lebe wesens, beispielsweise Bewegung im Brustbereich und/oder Bauchbereich. Eine an dere Möglichkeit zur Erfassung bzw. Charakterisierung der scheinbaren Atemtiefe ist die Bestimmung der notwendigen elektrischen und/oder mechanischen Energie oder Kraft zur Erzeugung von Atembewegungen des Lebewesens, die zur Erzeugung ei nes Volumenstroms der Atmung erforderlich ist. Die scheinbare Atemtiefe kann da her zumindest näherungsweise anhand der Stärke der von der wenigstens einen Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale bestimmt werden. The actual breathing depth of the living being can be recorded using different parameters, eg using the tidal volume and/or the amplitude of the transpulmonary pressure (abbreviated TPD, or TPP, "transpulmonary pressure"). The level of the tidal volume depends on the level of the transpulmonary pressure. The transpulmonary pressure is the pressure difference between the air-filled space of the lungs and the pressure at the outer edge of the lungs between the two layers of the pleura. It is therefore the difference between intrapulmonary and intrapleural pressure, or in other words it is the difference between alveolar pressure and pleural pressure. The alveolar pressure can only be recorded indirectly via measurements in the airways or in a ventilation system. The pleural pressure corresponds approximately to the pressure in the esophagus. The transpulmonary pressure can be determined, for example, by measuring the pressures in the respiratory system and in the esophagus of the subject. The transpulmonary pressure is then the difference between ventilation pressure and esophagus pressure. The apparent depth of breath can be recorded using different variables, for example by recording the movement of the living being triggered by muscle contraction, for example movement in the chest area and/or abdominal area. Another possibility for detecting or characterizing the apparent breathing depth is the determination of the necessary electrical and/or mechanical energy or force for generating breathing movements of the living being, which is required for generating egg nes volume flow of respiration. The apparent breathing depth can therefore be determined at least approximately based on the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal-emitting device.
Der Volumenstrom der Atmung gibt an, wie viel Luftvolumen pro Zeiteinheit vom Le bewesen tatsächlich ein- oder ausgeatmet wird. Ein Atemzyklus umfasst eine Einat mungsphase (auch kurz Einatmung oder Inspiration genannt) und eine unmittelbar darauf folgende Ausatmungsphase (auch kurz Ausatmung oder Expiration genannt). Am Ende einer Einatmung in Ruhe verbleibt noch ein mögliches Lungenvolumen, das noch eingeatmet werden könnte, das inspiratorische Reservevolumen (IRV). Am Ende einer Ausatmung in Ruhe verbleibt noch ein mögliches Lungenvolumen, das noch ausgeatmet werden könnte, das expiratorische Reservevolumen (ERV). Die Ruheatmung erfolgt also in einer bestimmten Atem läge zwischen inspiratorischem und expiratorischem Reservevolumen (Figuren 3, 4). The respiration volume flow indicates how much air volume is actually inhaled or exhaled by the living being per unit of time. A breathing cycle comprises an inhalation phase (also called inhalation or inspiration for short) and an immediately following exhalation phase (also called exhalation or expiration for short). At the end of a resting inspiration, there is still a possible lung volume that could still be inspired, the inspiratory reserve volume (IRV). At the end of an exhalation at rest, there is still a possible lung volume that could still be exhaled, the expiratory reserve volume (ERV). Resting breathing therefore takes place in a certain breathing length between the inspiratory and expiratory reserve volume (Figures 3, 4).
Wenn bei der Ruheatmung die Ausatmung bei jedem Atemzyklus zumindest teil weise verhindert wird, verschiebt sich die Atemlage in die Einatmung hinein. Hierbei wird das expiratorische Reservevolumen erhöht und das inspiratorische Reservevo lumen vermindert (Figur 5). So eine Verschiebung der Atemlage über Ausatmungs verhinderung erfolgt 1. durch Verlangsamung des Atemstromes während der Ausat mung und/oder 2. durch Halten der Ausatmung auf einem bestimmten Niveau und/o der 3. durch Verkürzung der Ausatmungszeit. If, during resting breathing, exhalation is at least partially prevented in each breathing cycle, the position of breathing shifts into inhalation. Here, the expiratory reserve volume is increased and the inspiratory reserve volume is reduced (FIG. 5). Such a shift in the position of breathing by preventing exhalation occurs 1. by slowing down the respiratory flow during exhalation and/or 2. by holding exhalation at a certain level and/or 3. by shortening the exhalation time.
Die nachfolgend beschriebenen Funktionen, die von der Steuereinrichtung ausge führt werden, können zum Beispiel als Funktionen eines Computerprogramms oder eigene Computerprogramme oder Computerprogramm Module ausgebildet sein. So weit die Funktionen von der Steuereinrichtung ausgeführt werden, kann diese die entsprechenden Funktionen automatisch ausführen. Eine Vielzahl von Funktionen der Elektrostimulationsvorrichtung kann auch vom Anwender manuell eingestellt und/oder gesteuert werden. Dies schließt auch Funktionen ein, die optional von der Steuereinrichtung durchgeführt werden können. The functions described below, which are executed by the control device, can be embodied, for example, as functions of a computer program or separate computer programs or computer program modules. Insofar as the functions are carried out by the control device, this can carry out the corresponding functions automatically. A variety of functions the electrostimulation device can also be adjusted and/or controlled manually by the user. This also includes functions that can optionally be performed by the control device.
Die Erfindung betrifft daher auch Verfahren zur Stimulation eines oder mehrerer Ner ven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssignalen mittels einer solchen Elektrostimulations vorrichtung, bei der die genannten Funktionen manuell durchgeführt werden, bei spielsweise die Veränderung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabga beeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention therefore also relates to a method for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals using such an electrostimulation device in which the functions mentioned are performed manually, for example changing the strength the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, and a computer program for carrying out such a method.
In Bezug auf Atemmonitoring, Rückkopplung und Steuerung kann zusätzlich folgen des vorgesehen sein. With regard to breath monitoring, feedback and control, the following can also be provided.
Zur Stimulationssteuerung können verschiedene Überwachungsparameter und Rückkopplungsmechanismen vorgesehen sein. Hierfür können ähnlich wie bei der konventionellen Beatmung einer, mehrere oder alle Parameter des Gasaustausches des Lebewesens wie Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe und Atempara meter wie Atemimpuls, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemgeschwindigkeit, Aus- und Einatemniveau erfasst werden. Auch kann das Monitoring Brust- und Bauchat mung unterscheiden und getrennt erfassen. Various monitoring parameters and feedback mechanisms can be provided for stimulation control. Similar to conventional ventilation, one, several or all parameters of the living being's gas exchange such as oxygen uptake and carbon dioxide release and respiratory parameters such as respiratory impulse, respiratory rate, tidal volume, respiratory rate, exhalation and inhalation level can be recorded for this purpose. The monitoring can also differentiate between chest and abdominal breathing and record them separately.
Eine besondere Rolle sowohl für die Adjustierung während der Stimulation als auch für die erreichten Effekte nach der Stimulation spielen Parameter, die Übergänge zwischen verschärfter und entspannter Atmung und somit eine Zunahme des Atemantriebes anzeigen. Hierzu gehören beispielsweise der Quotient aus Atemfre quenz und Atemzugvolumen (RSB, „rapid shallow breathing index“), der sog. P0.1 Wert, die Atem ström stärke (Quotient aus Atemzugvolumen und Inspirationszeit) und Druckschwankungen in der Speiseröhre in einem bestimmten Bereich von z.B. 4 bis 8 mbar oder das Ausmaß transdiaphragmaler Druckschwankungen. Parameters that indicate transitions between intensified and relaxed breathing and thus an increase in the respiratory drive play a special role both for the adjustment during the stimulation and for the effects achieved after the stimulation. These include, for example, the quotient of respiratory rate and tidal volume (RSB, "rapid shallow breathing index"), the so-called P0.1 value, the respiratory flow rate (ratio of tidal volume and inspiration time) and pressure fluctuations in the esophagus within a certain range e.g. 4 to 8 mbar or the extent of transdiaphragmatic pressure fluctuations.
Darüber hinaus kann auch die spontane, elektrische Aktivität des Nervus phrenicus mit einem Elektroneurogramm (ENG) z.B. ebenfalls elektromagnetisch erfasst und zur Rückkopplung herangezogen werden. Die elektrische, spontane Phrenicusaktivi- tät stellt ein direktes Maß der zentralen neuralen Atemaktivität dar und kann z.B. über die Anzahl der Impulse pro Atemzug, die Impulsfrequenz während des inspira torischen Spitzenflusses oder der mittleren Aktivität über 0,1 Sekunden erfasst und für Rückkopplung und Steuerung der Stimulation herangezogen werden. In addition, the spontaneous electrical activity of the phrenic nerve can also be recorded electromagnetically with an electroneurogram (ENG), for example, and be used for feedback. The electrical, spontaneous phrenic nerve activity is a direct measure of the central neural respiratory activity and can be recorded, for example, via the number of pulses per breath, the pulse frequency during the peak inspiratory flow or the mean activity over 0.1 seconds and used for feedback and control of the stimulation are used.
Auch können bestimmte elektromyographische Muster auf eine beginnende Erschöp fung hinweisen. Um elektromyographische Signale des Zwerchfells als direktes Maß für die elektrische Muskelaktivität zur Rückkopplung und Steuerung einer elektro magnetischen oder elektrischen Atmung verwenden zu können, kann die Elektromy ographie der Spontanaktivität in den Stimulationspausen erfolgen. Dahingegen kön nen Artefakte durch die elektromagnetische Stimulation eine Messung erschweren oder unmöglich machen. Hier können spezielle Stimulationsalgorithmen durch fest gelegte Pausen eine artefaktfreie Erfassung der Muskelaktivität ermöglichen, welche dann zur Steuerung der weiteren Stimulation verwendet werden kann. Diese Steue rung berücksichtigt, dass die Spontanaktivität weder zu gering noch zu hoch wird, also z.B. nicht 8% der maximalen Aktivität übersteigt. Darüber hinaus können auch miteinander direkt gekoppelte Geräte eine Filterung der elektromagnetischen Signale ermöglichen. So kann ein elektromyographisches Monitoring der erreichten Mus kelaktivität auch während der Stimulation erfolgen, wodurch eine direkte Rückkopp lung ermöglicht wird. Certain electromyographic patterns can also indicate the onset of exhaustion. In order to be able to use electromyographic signals from the diaphragm as a direct measure of electrical muscle activity for feedback and control of electromagnetic or electrical respiration, electromyography of spontaneous activity can be performed during the stimulation pauses. On the other hand, artefacts caused by the electromagnetic stimulation can make a measurement more difficult or impossible. Here, special stimulation algorithms can enable artefact-free recording of muscle activity through fixed pauses, which can then be used to control further stimulation. This control takes into account that the spontaneous activity is neither too low nor too high, e.g. does not exceed 8% of the maximum activity. In addition, devices that are directly coupled to one another can also enable filtering of the electromagnetic signals. In this way, an electromyographic monitoring of the muscle activity achieved can also take place during the stimulation, which enables direct feedback.
Die Beziehung zwischen elektrischer Stimulation und dadurch bewirkter mechani scher Muskelaktivität hängt vom Kraft-Längen- und Kraft-Geschwindigkeitsverhältnis und somit von Thoraxvolumen und -form, aber auch vom Krankheitsgeschehen ab. So kann z.B. im Laufe des Krankheitsverlaufs die Zwerchfellkraft abnehmen, obwohl die elektrische Muskelstimulation zunimmt. Daher ist ein Monitoring der Zwerchfell kraft insbesondere für die Rückkopplung zur Steuerung der Trainingsstimulationen vorteilhaft. Neben indirekter Parameter wie RSB und P0.1 Wert können Ultraschall messungen von Bewegungen und Verdickungen des Zwerchfells einen indirekten Hinweis über die Zwerchfellkraft geben. Bei dem seit vielen Jahren verwendeten Standardverfahren wird die Zwerchfellkraft indirekt über Druckschwankungen zwi schen Brust- und Bauchraum erfasst. Der Nervus phrenicus wird dabei mit einem elektromagnetischen Standardreiz stimuliert und die dadurch erzielten transdiaphrag- malen Druckschwankungen über einen Ballonkatheter in Speiseröhre und Magen ge messen. Hieraus kann die Zwerchfellkraft bestimmt werden. The relationship between electrical stimulation and the resulting mechanical muscle activity depends on the force-length and force-velocity ratio and thus on the volume and shape of the thorax, but also on the course of the disease. For example, as the disease progresses, diaphragm strength can decrease, although electrical muscle stimulation increases. Therefore, monitoring the force of the diaphragm is particularly advantageous for the feedback to control the training stimulations. In addition to indirect parameters such as RSB and P0.1 value, ultrasound measurements of movements and thickening of the diaphragm can give an indirect indication of diaphragm force. In the standard method that has been used for many years, the force of the diaphragm is measured indirectly via pressure fluctuations between the chest and abdomen. The phrenic nerve is thereby with a standard electromagnetic stimulus and the resulting transdiaphragmatic pressure fluctuations measured via a balloon catheter in the esophagus and stomach. From this, the diaphragm force can be determined.
Weitere vorteilhafte Funktionen und Verfahrensschritte werden nachfolgend detailliert erläutert. Further advantageous functions and method steps are explained in detail below.
Gruppe 1: Lunqenabhänqiqe Stimulationen Group 1: lung-dependent stimulations
1. Lunqenschonende Stimulation für eine geringe Energieübertragung1. Lung-sparing stimulation for low energy transfer
2. Rekruitierunqs- und Stabilisierunqsstimulation zur Eröffnung kollabierter Lungenareale und Erhaltung eröffneter Bereiche 2. Recruitment and stabilization stimulation to open collapsed lung areas and maintain opened areas
3. Lunqenprotektive Stimulation zur Steuerung des Atemzugvolumens 3. Lung protective stimulation to control tidal volume
Gruppe 2: Atembezoqene Stimulationen Group 2: Respiratory stimulation
4. Kontrollstimulation zur Kontrolle einer schädlichen Eigenatmung 4. Control stimulation to control harmful self-breathing
5. Modulationsstimulation zur Veränderung der Spontanatmung 5. Modulation stimulation to change spontaneous breathing
Gruppe 3: Konditionierunqs- und Traininqsstimulationen Group 3: conditioning and training stimulations
6. Konditionierunqsstimulation zum Eintrainieren eines verbesserten Atem musters 6. Conditioning stimulation to train an improved breathing pattern
7. Traininqsstimulation zum Trainieren der Atemmuskulatur 7. Traininqsstimulation for training the respiratory muscles
Gruppe 1: Lungenabhängige Stimulationen Lunqenschonende Stimulation - Stimulationsmethode 1 Group 1: Lung-dependent stimulation Lung-sparing stimulation - stimulation method 1
Eine schonende und vor allem energiearme Atmung wird durch ein Muster mit stu fenweise zunehmender Stimulationsstärke der Impulse bei der Einatmung und einer abnehmenden Stimulationstärke der Impulse bei der Ausatmung erreicht. Hierdurch werden plötzliche Atembewegungen vermieden und so die Energieübertragung auf das Lungengewebe und die durch die Atmung selbst verursachten Lungenschädi gungen minimiert. Das Prinzip orientiert sich an dem Atemmuster der neu entwickel ten flusskontrollierten Beatmung (FCV) (3) (s. auch PCT/EP2017/052001). Gentle and above all low-energy breathing is achieved by a pattern with gradually increasing stimulation strength of the impulses during inhalation and decreasing stimulation strength of the impulses during exhalation. This avoids sudden breathing movements and thus minimizes the transfer of energy to the lung tissue and the lung damage caused by the breathing itself. The principle is based on the breathing pattern of the newly developed flow-controlled ventilation (FCV) (3) (see also PCT/EP2017/052001).
Bei dieser flusskontrollierten Beatmungsform ist der Konflikt zwischen lungen- und zwerchfellschonender Beatmung sehr ausgeprägt, da während FCV nicht spontan geatmet werden darf. Allerdings kann die Stimulationsmethode 1 mit FCV synchroni siert werden. Eine solche Synchronisierung zwischen elektromagnetischer oder elektrischer Stimulation und FCV kann eine gleichzeitige Eigenatmung - und somit den Erhalt der Atemmuskulatur und ihrer Muskelkraft bei FCV fördern. Das Zwerchfell ist auch während der natürlichen Spontanatmung während der Ausat mung aktiv. Mit dieser „expiratory braking“ genannten Aktivität wird die Ausatmung abgebremst und die Lunge stabilisiert. Diese natürliche Zwerchfellaktivität bei der Ausatmung nimmt bei Erhöhung des expiratorischen Widerstandes ab. Mit dieser lungenschonenden Stimulation wird ebenfalls während der Ausatmungsphase mit abnehmender Intensität stimuliert. Eine vollständige Ausatmung erfolgt nur sehr kurz oder wird ganz vermieden (s.u. Stabilisierungsstimulation bei Stimulationsmethode 2). Das wirkt einem Kollaps des Lungengewebes entgegen. Hierdurch wird nicht nur einer Gasaustauschstörung, sondern auch einer zunehmenden Atem Insuffizienz mit verstärktem Atemantrieb mit schädlichem Spontanatmungsmuster vorgebeugt. With this flow-controlled form of ventilation, the conflict between ventilation that protects the lungs and the diaphragm is very pronounced, since spontaneous breathing is not permitted during FCV. However, stimulation method 1 can be synchronized with FCV. Such synchronization between electromagnetic or electrical stimulation and FCV can promote simultaneous self-breathing - and thus maintenance of the respiratory muscles and their muscle strength in FCV. The diaphragm is also active during natural spontaneous breathing during exhalation. This activity, called “expiratory braking”, slows down exhalation and stabilizes the lungs. This natural diaphragmatic activity during exhalation decreases as expiratory resistance increases. This stimulation, which is gentle on the lungs, is also used during the exhalation phase with decreasing intensity. A complete exhalation takes place only very briefly or is avoided completely (see below stabilization stimulation with stimulation method 2). This counteracts a collapse of the lung tissue. This not only prevents a gas exchange disorder, but also an increasing respiratory insufficiency with increased respiratory drive with harmful spontaneous breathing patterns.
Darüber hinaus wird durch den konditionierenden Effekt dieser Stimulationsform die ses schonende Atemmuster eintrainiert (s.u. Konditionierungsstimulation - Stimulati onsmethode 6). Zudem werden sowohl Muskelkraft als auch Muskelmasse der Atem muskulatur erhalten und trainiert, was besonders während der konventionellen Beat mung und speziell bei der flusskontrollierten Beatmung (FCV) von großer Bedeutung ist (s.u. Trainingsstimulation, Stimulationsmethode 7.1.). In addition, this gentle breathing pattern is trained through the conditioning effect of this form of stimulation (see below, conditioning stimulation - stimulation method 6). In addition, both muscle strength and muscle mass of the respiratory muscles are maintained and trained, which is particularly important during conventional ventilation and especially in flow-controlled ventilation (FCV) (see below Training stimulation, stimulation method 7.1.).
Rekruitierunqs- und Stabilisierunqsstimulation - Stimulationsmethode 2 Recruitment and stabilization stimulation - stimulation method 2
Die Stimulationsmethode 2 bewirkt vereinzelte, tiefe Seufzer in Kombination mit einer Verhinderung und/oder Verlangsamung (s.o.) der Ausatmung. Diese Stimulationsme thode rekruitiert kollabierte Lungenareale und stabilisiert die Lunge mit der Verhinde rung und/oder Verzögerung der Ausatmung. Dadurch wird einem erneuten Kollaps vorgebeugt. Stimulation method 2 causes isolated, deep sighs in combination with prevention and/or slowing down (see above) of exhalation. This stimulation method recruits collapsed lung areas and stabilizes the lungs by preventing and/or delaying expiration. This will prevent it from collapsing again.
Bei der Rekrutierungsstimulation kann neben der Tiefe der Einatmung auch die Dauer der Ein- als auch der Ausatmungsphase eingestellt werden. So kann zur Effizienzsteigerung bei einer Rekrutierungsstimulation das Atemzeitverhältnis verän dert und die Zeit der maximalen Einatmung verlängert und die Zeit der Ausatmung verkürzt werden. In addition to the depth of the inhalation, the duration of the inhalation and exhalation phases can also be set for recruitment stimulation. For example, to increase efficiency during recruitment stimulation, the respiratory time ratio can be changed and the maximum inhalation time can be lengthened and the exhalation time shortened.
Bei der Stabilisierungsstimulation kann das Ende der Ausatmung durch direkte Sti mulation der Atemmuskulatur bedarfsgerecht auf verschiedenen Niveaus gehalten werden („expiratory hold“). Wie unter Stimulationsmethode 1 beschrieben kann dar über hinaus die Ausatmungsgeschwindigkeit beispielsweise durch eine abnehmende Intensität der Stimulationsimpulse während der Ausatmung verlangsamt werden - ähnlich wie beim oben erwähnten, natürlichen „expiratory braking“. Dem Kollaps von Lungenarealen kann darüber hinaus ebenfalls über die Veränderung des Atemzeit verhältnisses vorgebeugt werden. Durch Veränderung der Stimulationszeiten kann bei der Stabilisierungsstimulation wie oben bei der Rekrutierungsstimulation be schrieben die Einatmungszeit verlängert und die Ausatmungsphase verkürzt werden. Falls eine Stimulation in der Ausatmungsphase nicht oder nur unzureichend möglich sein sollte, kann so auch durch das frühere Einsetzen der elektromagnetischen oder elektrischen Stimulation der Einatmung eine vollständige Ausatmung verhindert wer den („expiratory cut“). Hierbei ist wie oben bereits erwähnt eine genaue Überwa chung der Atmung und insbesondere der Atemlage vorteilhaft, um den richtigen Zeit punkt für die Einatmung genau festlegen zu können. With stabilization stimulation, the end of exhalation can be kept at different levels as required by direct stimulation of the respiratory muscles become (“expiratory hold”). As described under stimulation method 1, the rate of expiration can also be slowed down, for example, by reducing the intensity of the stimulation impulses during expiration - similar to the natural "expiratory braking" mentioned above. The collapse of lung areas can also be prevented by changing the breathing time ratio. By changing the stimulation times, the inhalation time can be lengthened and the exhalation phase shortened in the stabilization stimulation as described above for the recruitment stimulation. If stimulation in the exhalation phase is not possible or only possible to an insufficient extent, complete exhalation can be prevented by starting electromagnetic or electrical stimulation of inhalation earlier ("expiratory cut"). As already mentioned above, precise monitoring of respiration and in particular of the respiratory position is advantageous here in order to be able to precisely determine the correct time for inhalation.
Darüber hinaus kann die Stabilisierungsstimulation auch mit einer optional dyna misch angepassten Erhöhung des Ausatmungswiderstandes kombiniert werden, wodurch zusätzlich die Ausatmung weiter verlangsamt und die Lunge somit in der Ausatmungsphase zusätzlich stabilisiert werden kann. Das kann in Kombination und synchron zu der Stimulation während der Ausatmung erfolgen. Während der sponta nen Ausatmung erfolgt so eine Erhöhung des Ausatmungswiderstandes ganz natür lich durch die Stimmlippen, die sich während der Einatmung wieder öffnen. Durch Er höhung des Ausatemwiderstandes nimmt die natürliche Zwerchfellaktivität für das „expiratory braking“ ab. In addition, the stabilization stimulation can also be combined with an optionally dynamically adjusted increase in expiration resistance, which also slows expiration further and thus additionally stabilizes the lungs in the expiration phase. This can be done in combination and synchronously with the stimulation during expiration. During spontaneous exhalation, the resistance to exhalation increases naturally due to the vocal folds, which open again during inhalation. By increasing the resistance to exhalation, the natural activity of the diaphragm for “expiratory braking” decreases.
Durch diese Stimulationsmethode 2 wird auch einer durch vermehrten Lungenkollaps bedingten Erhöhung der Atemarbeit und des Atemantriebes entgegengewirkt und ei ner damit verbundenen weiteren Lungenschädigung durch eine selbstschädigende Spontanatmung (s. auch nächste Seite Kontrollstimulation) vorgebeugt. Die Rekrutie- rungs- und Stabilisierungsstimulation kann also indirekt eine Erhöhung von Atemar beit und schädlichen Atemanstrengungen, aber auch eine Beatmung mit hohen Atemzugvolumina vermindern oder sogar verhindern. This stimulation method 2 also counteracts an increase in the work of breathing and the respiratory drive caused by increased lung collapse and prevents further lung damage associated with self-damaging spontaneous breathing (see also the next page for control stimulation). Recruitment and stabilization stimulation can thus indirectly increase the work of breathing and harmful respiratory effort, but also reduce or even prevent ventilation with high tidal volumes.
Lunqenprotektive Stimulation - Stimulationsmethode 3 Mit der Stimulation während der Einatmung wird die Atemtiefe so reguliert, dass ein schonendes Atemzugvolumen von beispielsweise 6 ml/kg Idealgewicht geatmet und/oder ein transpulmonaler Druck von 5 mbar nicht überschritten wird. Dafür kann eine Rückkopplung zwischen der Messung des Atemzugvolumens, des transpulmo nalen Druckes oder entsprechender Korrelate und der Stimulationsintensität erfol gen, so dass die Stimulation an das erreichte Atemzugvolumen und/oder dem trans pulmonalen Druck angepasst werden kann. Dies geschieht dann nicht nur für den nachfolgenden Atemzug, sondern kann bereits über Monitoring- und Rückkopplung die laufende Stimulation entsprechend direkt steuern. So kann die laufende Stimulati onsintensität abgeschwächt und/oder die Stimulationsdauer verkürzt werden, damit ein bestimmtes Atemzugvolumen von beispielsweise 6 ml/kg Idealgewicht und/oder ein transpulmonaler Druck von 5 mbar nicht überschritten wird. Dies ist besonders während der Spontanatmung von großer Bedeutung (s. u. Kontroll- und Modulations stimulation, Stimulationsmethoden 4 und 5). Lung protective stimulation - stimulation method 3 With the stimulation during inhalation, the breathing depth is regulated in such a way that a gentle tidal volume of, for example, 6 ml/kg ideal weight is breathed in and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded. For this purpose, feedback can be provided between the measurement of the tidal volume, the transpulmonary pressure or corresponding correlates and the stimulation intensity, so that the stimulation can be adapted to the tidal volume achieved and/or the transpulmonary pressure. This then happens not only for the following breath, but can already directly control the ongoing stimulation via monitoring and feedback. In this way, the ongoing stimulation intensity can be weakened and/or the stimulation duration can be shortened so that a specific tidal volume of, for example, 6 ml/kg of ideal weight and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded. This is particularly important during spontaneous breathing (see below for control and modulation stimulation, stimulation methods 4 and 5).
Darüber hinaus muss eine ausreichende Beatmung auch bei Krankheitszuständen mit hoher Kohlendioxidabatmung gewährleistet sein. Neben der Rekrutierung und Er haltung von Gasaustauschfläche und der Höhe des Atemzugvolumes wird das durch eine entsprechend angepasste Atemfrequenz erreicht. Die Atemfrequenz wird nicht nur durch die Häufigkeit der Stimulationen, sondern auch durch das oben bereits er wähnte Verhältnis zwischen Ein- und Ausatmung - dem Atemzeitverhältnis - be stimmt, was durch entsprechende Stimulationszeiten eingestellt werden kann. In addition, adequate ventilation must also be guaranteed in disease states with high levels of carbon dioxide exhalation. In addition to the recruitment and maintenance of the gas exchange area and the level of the tidal volume, this is achieved by an appropriately adapted respiratory rate. The respiratory rate is determined not only by the frequency of the stimulations, but also by the above-mentioned relationship between inhalation and exhalation - the respiratory time ratio - be what can be set by appropriate stimulation times.
Gruppe 2: Atembezogene Stimulationen Kontrollstimulation - Stimulationsmethode 4 Group 2: Respiratory stimulation Control stimulation - stimulation method 4
Durch diese elektromagnetische oder elektrische Stimulationsmethode wird unab hängig von der Spontanatmung eine für die Lunge schonendere kontrollierte Eigenat mung erreicht, selbst wenn die Spontanatmung einem ganz anderen, eventuell sogar schädlichem Muster folgt. So kann die Stimulation gezielt gegensteuern, wenn sich beispielsweise bei zu hoher Atemarbeit und zunehmender Erschöpfung Atemantrieb und Atemanstrengungen erhöhen. Hierbei schädigt eine verschärfte, schnelle und vertiefte Atmung sowohl eine bereits vorgeschädigte Lunge als auch die bereits ge- schwächte und ebenfalls vorgeschädigte Atemmuskulatur. Diese zunehmende Lun gen- aber auch Zwerchfellschädigung durch eine selbstschädigende Spontanatmung wird als patient - seif inflicted lung injury (P-SILI) bezeichnet. Independent of spontaneous breathing, this electromagnetic or electrical stimulation method achieves controlled breathing that is gentler on the lungs, even if spontaneous breathing follows a completely different, possibly even harmful, pattern. In this way, the stimulation can take targeted countermeasures if, for example, the respiratory drive and respiratory effort increase due to excessive breathing work and increasing exhaustion. Intensified, fast and deep breathing damages both an already damaged lung and the already damaged weakened and also pre-damaged respiratory muscles. This increasing damage to the lungs as well as to the diaphragm caused by self-damaging spontaneous breathing is referred to as patient-seif injured lung injury (P-SILI).
Mit dieser Stimulationsmethode kann die Eigenatmung so kontrolliert werden, dass eine Überlastung der Atemmuskulatur und ein P-SILI vermindert oder sogar verhin dert werden kann. Die elektromagnetische oder elektrische Stimulation stellt die bis her einzige Methode dar, mit der nicht-invasiv und ohne Medikamente die Eigenat mung unabhängig von der Spontanatmung und dem Patientenwillen kontrolliert und somit auch optimiert werden kann. With this stimulation method, natural breathing can be controlled in such a way that overloading of the respiratory muscles and P-SILI can be reduced or even prevented. Electromagnetic or electrical stimulation is the only method to date that can be used non-invasively and without medication to control and thus optimize self-breathing independently of spontaneous breathing and the patient's will.
Zur Steuerung dieser Stimulationsmethode können Rückkopplungsmechanismen verwendet werden, die wichtige Merkmale der Spontanatmung und/oder auch der letztendlich zusammen mit der Stimulation erfolgenden Eigenatmung berücksichti gen. Hierbei sind vor allem Atemzugvolumen, transpulmonale Drücke, Atemfrequenz, Atem läge und indirekte Kennzeichen des Atemantriebes von Bedeutung, um indivi duell und flexibel die Stimulation anpassen zu können. Feedback mechanisms can be used to control this stimulation method, which take into account important characteristics of spontaneous breathing and/or also of the natural breathing that ultimately takes place together with the stimulation. to be able to adjust the stimulation individually and flexibly.
Sonderform der Kontrollstimulation: Sekretmobilisation und Husten Special form of control stimulation: secretion mobilization and coughing
Diese beiden Stimulationsmethoden der Atemmuskulatur erfolgen ebenfalls unab hängig von der Spontanatmung und erfüllen atemunabhängige Sonderfunktionen. Hierdurch soll Sekret von den peripheren in die zentralen Atemwege mobilisiert und durch Hustenstöße weiter mobilisiert und schließlich aus den Atemwegen entfernt werden. These two methods of stimulating the respiratory muscles also take place independently of spontaneous breathing and fulfill special functions that are independent of breathing. This is intended to mobilize secretion from the peripheral into the central airways and further mobilize it through coughing and finally remove it from the airways.
Sekretmobilisationsstimulation: Mit dieser Stimulationsmethode kann z.B. durch hochfrequente, kurze und schnelle Atemstöße Sekret von den peripheren in die zent ralen Atemwege mobilisiert werden. Secretion mobilization stimulation: With this stimulation method, secretions can be mobilized from the peripheral to the central airways, e.g. with high-frequency, short and fast breaths.
Hustenstimulation: Diese Stimulationsmethode kann direkt nach der Sekretmobili sationsstimulation folgen, um mobilisiertes Sekret weiter effektiv mobilisieren und vor allem auch „heraushusten“ zu können. Hierfür folgt nach einer längeren Einatmung ein kurzer Hustenstoß bzw. eine Serie kurzer Hustenstöße. Der Ausatmungsstoß wird effektiver, wenn wie beim natürlichen Hustenstoß der Beginn der Ausatmung gegen einen erhöhten Atemwegswiderstand erfolgt und so der Druck in der Lunge erhöht werden kann. Diese kurze, synchronisierte Erhöhung des Ausatemwiderstan des kann über einen synchronisiert erzeugten künstlichen Widerstand und/oder über eine Stimulation der Kehlkopfnerven bewirkte Verengung der Stimmlippen erreicht werden. Cough stimulation: This stimulation method can follow directly after the secretion mobilization stimulation in order to continue to effectively mobilize mobilized secretion and, above all, to be able to “cough it out”. For this purpose, after a longer inhalation, a short cough or a series of short coughs follows. The burst of exhalation becomes more effective when the beginning of exhalation, as in the case of natural coughing takes place against an increased airway resistance and thus the pressure in the lungs can be increased. This brief, synchronized increase in exhalation resistance can be achieved via synchronized artificial resistance and/or narrowing of the vocal folds caused by stimulation of the laryngeal nerves.
Modulationsstimulation - Stimulationsmethode 5 Modulation stimulation - stimulation method 5
Im Unterschied zur Kontrollstimulation (s.o. Stimulationsmethode 4) erfolgt die Modu lationsstimulation nicht unabhängig von der Spontanatmung, sondern in Abhängig keit des spontanen Atemimpulses. Statt einer von der Spontanatmung unabhängigen vollständigen Kontrolle der Eigenatmung liegt somit eine teilweise oder vollständige Kontrolle der natürlichen Spontanatmung vor, bei der der spontane Atemimpuls im mer berücksichtigt wird - selbst wenn der Atemimpuls nur schwach oder gar nicht vorhanden ist. In contrast to control stimulation (see stimulation method 4 above), modulation stimulation does not take place independently of spontaneous breathing, but as a function of the spontaneous respiratory impulse. Instead of complete self-breathing control independent of spontaneous breathing, there is partial or complete control of natural spontaneous breathing, in which the spontaneous breathing impulse is always taken into account - even if the breathing impulse is weak or not present at all.
Formen der Synchronisation forms of synchronization
Der spontane Atemimpuls muss also erfasst werden, so dass eine hiermit synchroni sierte elektromagnetische oder elektrische Stimulation erfolgen kann. Die Modulati onsstimulation kann mit Hilfe der Standarderfassungsmethoden für den spontanen Atemimpuls wie Druck-, Flow- oder Temperaturschwankungen im Atemstrom oder Körpersensoren wie sog. Graseby-Kapseln oder Muskelaktivitätssensoren synchroni siert werden. Viel genauer ist allerdings die Synchronisation mit dem eigenen Nerve- nimpuls, bevor die spontane Einatmung einsetzt: Eine mit dem Nervenimpuls syn chronisierte Beatmung wird als neural assistiert oder auch als „neurally adjusted ven- tilatory assist“ bzw. „NAVA“ bezeichnet. Der Nervenimpuls wird hierbei über einen Sensor in der Speiseröhre in der Nähe des Zwerchfells erfasst (4). The spontaneous respiratory impulse must therefore be detected so that an electromagnetic or electrical stimulation synchronized with it can take place. The modulation stimulation can be synchronized using the standard detection methods for the spontaneous respiratory impulse such as pressure, flow or temperature fluctuations in the respiratory stream or body sensors such as so-called Graseby capsules or muscle activity sensors. Much more precise, however, is the synchronization with one's own nerve impulse before spontaneous inhalation begins: Ventilation synchronized with the nerve impulse is referred to as neurally assisted or also as "neurally adjusted ventilatory assist" or "NAVA". The nerve impulse is recorded by a sensor in the esophagus near the diaphragm (4).
Der eigene Nervenimpuls kann allerdings auch nicht-invasiv elektromagnetisch er fasst werden. Dies kann entweder peripher direkt über dem Stimulationsort am Hals erfolgen - oder aber zentral am Entstehungsort des Nervenimpulses im Stammhirn bereich. However, one's own nerve impulse can also be recorded non-invasively electromagnetically. This can either be done peripherally directly above the stimulation site on the neck - or centrally at the point of origin of the nerve impulse in the brainstem area.
Modulation des Ausatemniveaus Mit der Modulationssstimulation können dann synchronisiert die spontanen Atem züge wie unter den oben beschriebenen Stimulationsmethoden 1 bis 3 verändert werden. Das kann durch eine Stimulation über den gesamten Atemzyklus wie bei der lungenschonenden Stimulation erfolgen, um eine schonendere Spontanatmung zu erreichen. Je nach Erkrankung und Spontanatmungsmuster kann die modulierende Stimulation wie unter Stimulationsmethode 2 beschrieben auch nur in der Ausat mungsphase erfolgen, um durch Ausatmungsverhinderung und/oder -Verzögerung auf verschiedenen Niveaus die Lunge zu stabilisieren. Exhalation level modulation With the modulation stimulation, the spontaneous breaths can then be changed in a synchronized manner, as in the stimulation methods 1 to 3 described above. This can be done by stimulating the entire breathing cycle, as with lung-friendly stimulation, in order to achieve gentler spontaneous breathing. Depending on the disease and the spontaneous breathing pattern, the modulating stimulation, as described under stimulation method 2, can only take place in the exhalation phase in order to stabilize the lungs at different levels by preventing and/or delaying exhalation.
Modulation des Atemzugvolumens Modulation of tidal volume
Es kann aber auch bedarfsgerecht und synchronisiert nur in der Einatmungsphase stimuliert werden, um wie unter Stimulationsmethode 2 beschrieben durch einige in termittierende, sehr tiefe und anhaltende Atemzüge kollabierte Lungenareale wieder zueröffnen. Auch kann durch die Stimulation während der spontanen Einatmung bei unzureichender, flacher Atmung eine ausreichende Tiefe der Atmung mit entspre chendem Atemzugvolumen erreicht werden. Hierfür ist neben der Erfassung des Atemimpulses auch wie bei der lungenprotektiven Stimulation beschrieben (s.o. Sti mulationsmethode 3) eine Rückkopplung zu den Atemvolumina und/oder den trans pulmonalen Drücken vorteilhaft. However, it can also be stimulated as required and synchronized only in the inhalation phase in order to reopen collapsed lung areas as described under stimulation method 2 with a few intermittent, very deep and sustained breaths. A sufficient depth of respiration with a corresponding tidal volume can also be achieved through stimulation during spontaneous inhalation in the case of insufficient, shallow respiration. In addition to recording the respiratory impulse, feedback on the respiratory volumes and/or the transpulmonary pressures is also advantageous, as described for lung-protective stimulation (see stimulation method 3 above).
Auch kann durch „Übernahme“ oder Hemmung des spontanen Nervenimpulses ein zu tiefer Atemzug mit lungenschädigendem, zu großem Atemzugvolumen vermieden werden. So eine Übernahme kann durch gezielte Stimulation des Phrenicusnervs un mittelbar vor dem natürlichen Nervenimpuls erfolgen, so dass der natürliche Impuls während der absoluten Refraktärzeit des Nerven nicht und in der relativen Refraktär zeit nur abgeschwächt weitergeleitet werden kann. By "taking over" or inhibiting the spontaneous nerve impulse, too deep a breath with a lung-damaging, too large tidal volume can also be avoided. Such a takeover can take place through targeted stimulation of the phrenic nerve immediately before the natural nerve impulse, so that the natural impulse cannot be transmitted during the absolute refractory period of the nerve and can only be transmitted to a weaker extent in the relative refractory period.
Wie oben bereits erwähnt kann ein zu großes, spontan geatmetes Atemzugvolumen auch indirekt bereits durch eine Ausatmungsverhinderung mit Verschiebung der Atemlage in die Einatmung hinein verhindert werden. Hierbei kommen ebenfalls die oben bei der lungenprotektiven Stimulation (Stimulationsmethode 3) beschriebenen Rückkopplungsmechanismen mit Messung der Atemzugvolumina zur Anwendung. Modulation der Atemfrequenz As already mentioned above, an excessively large, spontaneously breathed tidal volume can also be prevented indirectly by preventing exhalation by shifting the respiratory position into inhalation. The feedback mechanisms described above for lung-protective stimulation (stimulation method 3) with measurement of the tidal volumes are also used here. Modulation of respiratory rate
Bei den bisherigen Stimulationsformen der Modulationsstimulation wurde die spon tane Atemfrequenz nicht verändert. Wird die Frequenz der Spontanatmung allerdings zu schnell oder zu langsam, kann sie durch die elektromagnetische oder elektrische Stimulation direkt und/oder indirekt beeinflusst und gesteuert werden. Die hierbei ent stehenden fließenden Übergänge zur kontrollierten Eigenatmung werden durch Er fassung der spontanen Atemfrequenz und entsprechende Rückkopplungsmechanis men reguliert. With the previous forms of modulation stimulation, the spontaneous respiratory rate was not changed. However, if the frequency of spontaneous breathing becomes too fast or too slow, it can be directly and/or indirectly influenced and controlled by electromagnetic or electrical stimulation. The resulting smooth transitions to controlled self-breathing are regulated by recording the spontaneous breathing rate and corresponding feedback mechanisms.
So kann das Ausmaß und die Häufigkeit der Stimulation individuell je nach Tiefe und Häufigkeit der Spontanatmung angepasst werden. Eine zu schnelle Spontanatemfre quenz wird durch verlängerte Ein- und/oder Ausatemphasen indirekt verlangsamt und schließlich kann auch eine geringere Frequenz überlagert werden. Die Atemfre quenz kann auch indirekt durch einzelne tiefe Atemzüge über die hierbei aktivierten Atemreflexe abgebremst werden. The extent and frequency of the stimulation can be individually adjusted depending on the depth and frequency of spontaneous breathing. A spontaneous breathing frequency that is too fast is indirectly slowed down by longer inhalation and/or exhalation phases and finally a lower frequency can also be superimposed. The breathing frequency can also be slowed down indirectly by individual deep breaths via the breathing reflexes activated in this way.
Ähnlich wie bei einer konventionellen Back-up-Beatmung wird bei zu langsamer oder stoppender Atmung die Atemfrequenz direkt mit elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierter Eigenatmung erhöht. Nimmt die Atmung langsam z.B. bei zunehmender Komatiefe ab, kann frühzeitig eine ausreichende Atemfrequenz durch eine entspre chende Stimulationsfrequenz erreicht werden - noch bevor ein unzureichender Gasaustausch mit Sauerstoffmangel durch eine aussetzende Atmung auftritt. Similar to conventional back-up ventilation, if breathing is too slow or stops, the respiratory rate is increased directly with electromagnetically or electrically controlled self-breathing. If breathing decreases slowly, e.g. with increasing coma depth, a sufficient breathing rate can be achieved early on by means of an appropriate stimulation frequency - even before insufficient gas exchange with lack of oxygen occurs due to interrupted breathing.
Modulation in Abhängigkeit der intrabdominellen Drücke Modulation depending on the intra-abdominal pressures
Durch die Einatmung wird der Druck in der Bauchhöhle („intrabdominal pressure“, IAP) erhöht und durch die Ausatmung erniedrigt. So entstehen wie bei der Spontan atmung auch durch die Stimulationen natürliche Druckgefälle zwischen Brust- und Bauchraum. Die Stimulationen der Atemmuskulatur können natürliche, aber auch verstärkte Druckschwankungen in der Bauchhöhle hervorrufen, die die Funktionen der Bauchorgane - wie z.B. Darmmotilität, Organdurchblutung oder Lymphdrainage - beeinflussen und entscheidend zur Prognose beatmeter Patienten beitragen. So kann die Stimulation in Abhängigkeit von vorherrschenden und durch die Atmung beeinflussten intrabdominellen Drücken die Tiefe und die Dauer der Einatmung, aber auch das Niveau und die Dauer der Ausatmung gezielt steuern. Ist der intrabdomi- nelle Druck beispielsweise bei einer intrabdominellen Hypertension (IAP > 12 mbar) so erhöht, dass eine Durchblutung der Bauchorgane beeinträchtigt ist, kann entspre chend die Stimulation besonders in der Ausatmung verringert werden. Inhalation increases the pressure in the abdominal cavity (intrabdominal pressure, IAP) and exhalation decreases it. As with spontaneous breathing, the stimulation also creates natural pressure gradients between the chest and abdominal cavity. The stimulation of the respiratory muscles can cause natural but also increased pressure fluctuations in the abdominal cavity, which affect the functions of the abdominal organs - such as intestinal motility, organ perfusion or lymphatic drainage - and make a decisive contribution to the prognosis of ventilated patients. Depending on the prevailing intra-abdominal pressures influenced by breathing, the stimulation can specifically control the depth and duration of inhalation, but also the level and duration of exhalation. If the intra-abdominal pressure, for example in the case of intra-abdominal hypertension (IAP > 12 mbar), is so high that blood flow to the abdominal organs is impaired, the stimulation can be reduced accordingly, particularly during exhalation.
Gruppe 3: Konditionierungs- und Trainingsstimulationen Konditionierunqsstimulation - Stimulationsmethode 6 Group 3: conditioning and training stimulations conditioning stimulation - stimulation method 6
Alle zuvor genannten 5 Stimulationsmethoden können auch ausschließlich als Kondi tionierung einer verbesserten Spontanatmung verwendet werden. Hierbei erfolgt eine intermittierende Stimulation mit variierender Stimulationsdauer, wobei auch nur we nige Atemzüge ausreichend sein können. Die Konditionierungsstimulation trainiert ein bestimmtes Spontanatmungsmuster ein - entweder mit einer Modulation der spontanen Eigenatmung oder als kontrollierte Eigenatmung mit den oben beschrie benen Stimulationsmethoden 1 bis 5. All of the 5 stimulation methods mentioned above can also be used exclusively to condition improved spontaneous breathing. Here, an intermittent stimulation with varying stimulation duration takes place, whereby only a few breaths can be sufficient. The conditioning stimulation trains a specific spontaneous breathing pattern - either with a modulation of spontaneous breathing or as controlled breathing with the stimulation methods 1 to 5 described above.
Die Konditionierungsstimulation kann durch direkte Rückkopplung gesteuert und in tensiviert werden. Die Rückkopplung erfolgt aufgrund erfasster Messwerte der Eigen atmung. Es werden die Art der Atmung, das Niveau der Ausatmung und die Einat mungstiefe, das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz gemessen und eine dem entsprechend angepasste Konditionierungsstimulation durchgeführt. The conditioning stimulation can be controlled and intensified by direct feedback. The feedback takes place on the basis of measured values of the patient's own respiration. The type of breathing, the level of exhalation and the inhalation depth, the tidal volume and the respiratory rate are measured and a correspondingly adapted conditioning stimulation is carried out.
Einer bei Positivdruckbeatmung auftretenden Umverteilung der Atemaktivität in den Bereich der Atemhilfsmuskulatur wird so vorgebeugt. Auch wird einer Ermüdung oder sogar einem Abklingen der eigenen Atemaktivität unter konventioneller Beatmung vorgebeugt, da die periphere Nervenaktivität mit den entsprechenden afferenten Im pulsen von der Atemmuskulatur durch die Stimulation erhalten werden kann. This prevents a redistribution of respiratory activity in the area of the auxiliary respiratory muscles that occurs during positive pressure ventilation. Fatigue or even a fading of one's own respiratory activity is also prevented under conventional ventilation, since the peripheral nerve activity with the corresponding afferent pulses from the respiratory muscles can be maintained by the stimulation.
In den „Pausen“ ohne Konditionierungsstimulation kann normal spontan geatmet werden. Es kann aber auch konventionell beatmet oder eine mit elektromagnetischer oder elektrischer Stimulation assistierte Spontanatmung erfolgen, wobei wiederum - auch von der Konditionierungsstimulation sich unterscheidende - Eigenatemanteile wie oben beschrieben moduliert werden können. In diesen Pausen wird kontrolliert, ob, in welchem Ausmaß und vor allem wie nachhaltig die Konditionierungsstimulation die spontane Eigenatmung beeinflusst hat. In Abhängigkeit von den bewirkten Verän derungen kann dann über Rückkopplungsmechanismen die Art, Häufigkeit, Dauer und vor allem das Intervall der Konditionierungsstimulation individuell angepasst wer den. In the "pauses" without conditioning stimulation, normal, spontaneous breathing can take place. However, conventional ventilation can also take place, or spontaneous breathing assisted by electromagnetic or electrical stimulation, in which case portions of the patient's own breathing—also differing from the conditioning stimulation—can be modulated as described above. During these breaks it is checked whether, to what extent and, above all, how long-lasting the conditioning stimulation influenced spontaneous breathing. Depending on the changes brought about, the type, frequency, duration and, above all, the interval of the conditioning stimulation can be individually adjusted via feedback mechanisms.
Die durch die Konditionierungsstimulation bewirkte Konditionierungsatmung muss wie die unten beschriebene Trainingsatmung bestimmte Anforderungen erfüllen (s.u.). The conditioning breathing effected by the conditioning stimulation must, like the training breathing described below, meet certain requirements (see below).
Traininqsstimulation - Stimulationsmethode 7 Training stimulation - stimulation method 7
Der Muskelabbau beginnt während der Positivdruckbeatmung bereits nach wenigen Stunden und die Muskelkraft lässt sogar noch früher rasch und sehr stark nach. So konnte durch Muskelbiopsien bereits nach nur zwei Stunden Beatmung eine Kraftab nahme der isolierten Muskelfasern um ca. 35% nachgewiesen werden (5). During positive pressure ventilation, muscle breakdown begins after just a few hours, and muscle strength decreases rapidly and severely even earlier. Muscle biopsies were able to demonstrate a reduction in strength of the isolated muscle fibers of around 35% after just two hours of ventilation (5).
Muskelabbau und Schwächung der Muskelkraft werden durch das schwere Krank heitsgeschehen, insbesondere durch Entzündungsprozesse zusätzlich verstärkt.Muscle breakdown and weakening of muscle strength are heitsehen by the severe disease, especially reinforced by inflammatory processes.
Wird die geschwächte Atemmuskulatur nur unzureichend durch Beatmung entlastet, entwickelt sich ein erhöhter Atemantrieb mit hoher oder schließlich zu hoher Ateman strengung, die insbesondere eine bereits vorgeschädigte Lunge, aber auch die Mus kulatur weiter schwächt und schädigt. Die hohe Atemanstrengung stellt sogar den wichtigsten Faktor für eine Schädigung der Zwerchfellmuskulatur dar. Der Grad zwi schen zu geringer und zu hoher Atemanstrengung kann sehr schmal und sowohl in- ter- als auch intraindividuell im Krankheitsverlauf sehr unterschiedlich sein. Durch verminderte Kraft und Muskelabbau schafft es die geschwächte Atemmuskulatur schließlich nicht mehr, eine ausreichende Eigenatmung zu gewährleisten. Es ent steht eine Atem Insuffizienz mit oben bereits erwähntem Atmungsmuster. Die Atmung wird schnell, flach und verschärft, was eine vorgeschädigte Lunge, aber auch die Atemmuskulatur weiter schädigt. Die Beatmungsentwöhnung, die den Hauptanteil der gesamten Beatmungsdauer einnimmt, wird dementsprechend maßgeblich von der Rückkehr einer für eine ausreichende Spontanatmung genügende Muskelkraft mit der dafür benötigten, wieder aufgebauten Muskelmasse bestimmt. Die im Folgenden beschriebenen elektromagnetisch oder elektrisch stimulierten Trai ningsmethoden sollen die Atemmuskulatur so stärken, dass Muskulatur aufgebaut und sowohl eine Kraftminderung der vorhandenen Muskulatur als auch ein Mus kelabbau verhindert werden kann. Hierbei sollen weitere Schädigungen von Lunge und Atemmuskulatur minimiert oder so weit wie möglich vermieden werden. If the weakened respiratory muscles are only insufficiently relieved by ventilation, an increased respiratory drive develops with high or ultimately too high breathing effort, which in particular further weakens and damages already damaged lungs, but also the muscles. The high breathing effort is actually the most important factor for damage to the diaphragm muscles. The degree between too little and too much breathing effort can be very small and vary greatly both between and within individuals in the course of the disease. Due to reduced strength and muscle breakdown, the weakened respiratory muscles are no longer able to ensure sufficient self-breathing. A respiratory insufficiency develops with the breathing pattern already mentioned above. Breathing becomes rapid, shallow and intensified, further damaging pre-damaged lungs but also the respiratory muscles. Weaning from ventilation, which accounts for the majority of the entire duration of ventilation, is accordingly largely determined by the return of sufficient muscle strength for adequate spontaneous breathing with the rebuilt muscle mass required for this. The electromagnetically or electrically stimulated training methods described below are intended to strengthen the respiratory muscles in such a way that muscles can be built up and both a reduction in the strength of the existing muscles and muscle breakdown can be prevented. Here, further damage to the lungs and respiratory muscles should be minimized or avoided as far as possible.
Therapeutische, vorbeugende und präemptive Trainingsformen Therapeutic, preventive and preemptive forms of training
Durch elektromagnetische oder elektrische Stimulation kann die Atemmuskulatur so trainiert werden, dass 1. abgebaute Atemmuskulatur wieder aufgebaut bzw. ge schwächte Muskulatur wieder gestärkt, 2. ein Muskelabbau bzw. eine Muskelschwä chung verhindert wird und/oder 3. ein Muskelaufbau vor einem erwarteten Abbau bzw. eine Stärkung vor erwarteter Kraftminderung erfolgt. The respiratory muscles can be trained through electromagnetic or electrical stimulation in such a way that 1. worn-out respiratory muscles are built up again or weakened muscles are strengthened again, 2. muscle breakdown or muscle weakness is prevented and/or 3. muscle build-up before an expected breakdown or .A strengthening occurs before expected reduction in force.
Dementsprechend kann also therapeutisch, vorbeugend und/oder präemptiv trainiert werden: Accordingly, therapeutic, preventive and/or preemptive training can be carried out:
1. Nach Abbau und/oder Schwächung der Atemmuskulatur durch konventionelle Beatmung und Krankheitsgeschehen erfolgt eine therapeutische Trainingsstimu lation, um Muskulatur wieder aufzubauen und/oder Muskelkraft wieder herzustel len. 1. After the breakdown and/or weakening of the respiratory musculature due to conventional ventilation and illness, a therapeutic training stimulation is carried out in order to rebuild the musculature and/or restore muscle strength.
2. Während der konventionellen Beatmung und des Krankheitsgeschehens wird ei nem Muskelabbau und/oder Kraftminderung durch vorbeugende Trainingsstimu lation entgegengewirkt. 2. During conventional ventilation and the course of the disease, muscle wasting and/or loss of strength is counteracted by preventive training stimulation.
3. Vor einer erwarteten erhöhten Belastung und/oder einem zu erwartenden Abbau oder Schwächung der Atemmuskulatur durch konventionelle Beatmung oder Krankheitsgeschehen wird Atemmuskulatur und/oder Muskelkraft durch die päemptive Trainingsstimulation aufgebaut. 3. Before an expected increased load and/or an expected reduction or weakening of the respiratory musculature through conventional ventilation or illness, the respiratory musculature and/or muscle strength is built up through the peemptive training stimulation.
Intensität der Trainingsstimulation Intensity of training stimulation
Da die elektromagnetische bzw. elektrische Stimulation eine ausreichende Beatmung bewirkt (1), ist davon auszugehen, dass diese Stimulationsintensität in der Einat mung auch dazu geeignet ist, einen Muskelabbau zu verhindern - wie eine normale Spontanatmung auch sonst Muskelabbau und Kraftverlust verhindert. In vielen Fällen ist auch eine geringere Stimulationsintensität geeignet, einen Muskelabbau zu ver hindern, wenn sie entsprechend häufig beispielsweise während einer konventionellen Beatmung zur Anwendung kommt. Mit einer intensiveren Stimulation lässt sich ent sprechend Atemmuskulatur und/oder Muskelkraft aufbauen bzw. ein Muskelabbau und/oder ein Kraftverlust auch mit wenigen Stimulationen effektiver verhindern. Since the electromagnetic or electrical stimulation causes sufficient ventilation (1), it can be assumed that this stimulation intensity during inhalation is also suitable for preventing muscle breakdown - just as normal spontaneous breathing also prevents muscle breakdown and loss of strength. In many cases a lower stimulation intensity is also suitable for preventing muscle breakdown if it is used correspondingly frequently, for example during conventional ventilation. With more intensive stimulation, respiratory muscles and/or muscle strength can be built up accordingly, or muscle breakdown and/or a loss of strength can be prevented more effectively with just a few stimulations.
Für ein Training mit hoher Stimulationsintensität kommt der Stimulation während der Ausatmung eine besondere Bedeutung zu (s.u.). For training with high stimulation intensity, stimulation during exhalation is of particular importance (see below).
Übergänge für Trainingsstimulationsmuster Transitions for training stimulation patterns
Bei der Traininqsstimulation bestehen sechs fliessende Übergänge zwischen... In the case of training stimulation, there are six smooth transitions between...
1. ... wenigen sehr intensiven und vielen sehr schwachen T rainingsstimulationen. 1. ... few very intense and many very weak training stimulations.
2. ... einer teilweisen oder über den gesamten Atemzyklus erfolgenden Stimulation. 2. ...a partial or complete respiratory cycle stimulation.
3. ...einer mit der Spontanatmung synchronisierten bis zu einer von ihr unabhängi gen Stimulation. 3. ...from a stimulation synchronized with spontaneous breathing to one independent of it.
4. ...einer Muskelabbau bzw. Kraftminderung verhindernden und einer den Mus kelaufbau bzw. die Krafterhöhung bewirkenden Stimulation. 4. ...a stimulation that prevents muscle breakdown or a reduction in strength and a stimulation that causes muscle growth or an increase in strength.
5. ...einer Trainings- und einer Konditionierungsstimulation. 5. ...a training and a conditioning stimulation.
6. ...einer Trainings- und einer Beatmungsstimulation. 6. ...a training and a ventilation stimulation.
Anforderungen für die Trainingsatmung Training breathing requirements
Die Trainingsstimulation bewirkt eine entsprechende Trainingsatmung. Daher orien tieren sich die Trainingsmuster ebenfalls an den oben beschriebenen Stimulations methoden 1 bis 4 und berücksichtigen die dort erwähnten Zusammenhänge. Dem entsprechend sollen auch durch die bei der Trainingsstimulation bewirkte Atmung fol gende vier Anforderungen erfüllt werden: The training stimulation causes a corresponding training breathing. The training patterns are therefore also based on the stimulation methods 1 to 4 described above and take into account the relationships mentioned there. Accordingly, the following four requirements should also be met by the breathing effected during training stimulation:
Die Trainingsatmung soll... Training breathing should...
1. ... Lunge und Atemmuskulatur nicht oder nur so gering wie möglich zusätz lich schädigen, sondern im Gegenteil positiv beeinflussen. 1. ...do little or no additional damage to the lungs and respiratory muscles, but on the contrary have a positive effect.
2. ... keine weiteren unerwünschten Wirkungen, wie z.B. Hyperventilation ver ursachen. 3. ... die Spontanatmung nicht negativ, sondern - sofern möglich - positiv be einflussen. 2. ... do not cause any other undesirable effects, such as hyperventilation. 3. ... do not negatively influence spontaneous breathing, but - if possible - positively influence it.
4. ... nicht oder nur so wenig wie möglich als unangenehm empfunden werden. 4. ... are not perceived as uncomfortable or only as little as possible.
Elektromagnetische oder elektrische Trainingsmethoden Electromagnetic or electrical training methods
Somit ergeben sich entsprechend der oben beschriebenen Stimulationsmethoden 1 bis 6 folgende sechs Formen der Trainingsstimulation, die auch eine intensive Trai ningsstimulation ohne schädliche Atmung ermöglichen: Thus, according to the stimulation methods 1 to 6 described above, the following six forms of training stimulation result, which also enable intensive training stimulation without harmful breathing:
7.1. Lungenschonende Trainingsstimulation 7.1. Lung-friendly training stimulation
7.2. Intensive Trainingsstimulation 7.2. Intense training stimulation
7.3. Lungenprotektive Trainingsstimulation 7.3. Lung protective training stimulation
7.4. Selbstschädigung (P-SILI) vermeidende Trainingsstimulation 7.4. Self-harm (P-SILI) avoidant training stimulation
7.5. Modulierende Trainingsstimulation 7.5. Modulating training stimulation
7.6. Konditionierende Trainingsstimulation 7.6. Conditioning training stimulation
7.1. Lungenschonende Trainingsstimulation 7.1. Lung-friendly training stimulation
Das bei Stimulationsmethode 1 beschriebene Prinzip einer schonenden Atmung mit geringer Energieübertragung auf das Lungengewebe gilt auch für die Trainingsstimu lation - auch dann, wenn sie nur vereinzelt und nach längeren Intervallen erfolgt. Mit dieser Stimulationsmethode werden plötzliche und potentiell schädliche Atembewe gungen wie oben beschrieben durch eine stufenweise Zunahme der Stimulationsim pulse bei der Einatmung und stufenweise abnehmende Stimulationsimpulse bei der Ausatmung vermieden. Das ist besonders für intensive und häufige Trainingsstimula tionen von großer Bedeutung (s.u. 7.2.). The principle of gentle breathing with low energy transfer to the lung tissue described for stimulation method 1 also applies to the training stimulation - even if it only occurs occasionally and after longer intervals. This pacing method avoids sudden and potentially harmful respiratory movements as described above by gradually increasing the pacing pulses on inspiration and decreasing the pacing pulses on expiration. This is particularly important for intensive and frequent training stimulation (see below 7.2.).
7.2. Intensive Trainingsstimulation 7.2. Intense training stimulation
Mit dieser Methode kann schneller Muskelaufbau bzw. Kraftzuwachs erreicht und/o der mit einer nur geringen Anzahl von intensiven Stimulationen ein Muskelabbau bzw. Kraftverlust effektiv verhindert werden. Entscheidend ist bei dieser Stimulations form, dass trotz intensiver Muskelaktivität der Atemmuskulatur nur wenig geatmet wird. Das wird - wie oben unter Stimulationsmethode 2 beschrieben - durch eine Ver schiebung der Atemlage in die Einatmung mit Verhinderung der Ausatmung erreicht. Insbesondere das Halten der Ausatmung auf einem bestimmten Niveau („expiratory hold“) erfordert eine erhöhte Muskelanstrengung. Ohne eine intensive Atmung zu be wirken, kann so gleichzeitig eine sehr intensive Trainingsstimulation mit ausgepräg ten Kontraktionen der Atemmuskulatur sowohl in der Ein- als auch in der Ausat mungsphase erfolgen. With this method, muscle build-up or strength gain can be achieved more quickly and/or muscle breakdown or strength loss can be effectively prevented with only a small number of intensive stimulations. With this form of stimulation, it is crucial that, despite intensive muscle activity of the respiratory muscles, only little breathing takes place. This is achieved - as described above under stimulation method 2 - by shifting the position of breathing into inhalation while preventing exhalation. In particular, holding exhalation at a certain level (“expiratory hold”) requires increased muscular effort. Without causing intensive breathing, a very intensive training stimulation with pronounced contractions of the respiratory muscles can take place at the same time both in the inhalation and in the exhalation phase.
Hierbei kann das „Halten der Atmung“ sowohl in der Ein- als auch in der Ausatmung durch entsprechend verlängerte Stimulationszeiten in den jeweiligen Atemzyklen der Trainingseffekt verstärkt werden. Als Nebeneffekt erfolgt hierbei gleichzeitig - wie oben unter Stimulationsmethode 2 beschrieben - eine Eröffnung kollabierter Lun genareale und eine Stabilisierung belüfteter Lungenbereiche. Here, the "holding of the breath" can be strengthened both in inhalation and in exhalation by correspondingly longer stimulation times in the respective breathing cycles of the training effect. As a side effect - as described above under stimulation method 2 - there is an opening of collapsed lung areas and a stabilization of ventilated lung areas.
Diese Trainingsmethode ermöglicht nebenwirkungsarm und lungenschonend eine sehr intensive Trainingsstimulation der Atemmuskulatur, bei der trotz ausgeprägter Muskelaktivität nicht nur selbstschädigende Effekte (s.u. 7.3-7.5), sondern auch eine Hyperventilation mit entsprechenden Nebenwirkungen wie Hypokapnie und in der Folge gefährlichen pH-Verschiebungen vermieden werden können. This training method enables very intensive training stimulation of the respiratory muscles with few side effects and is gentle on the lungs. Despite pronounced muscle activity, not only self-damaging effects (see below 7.3-7.5) but also hyperventilation with corresponding side effects such as hypocapnia and the resulting dangerous pH shifts can be avoided.
Ist eine Stimulation in der Ausatmungsphase nicht oder nur unzureichend möglich, so können auch durch Pausen, die über Rückkopplungen gesteuert werden können, hyperventilationsbedingte Nebenwirkungen und Erschöpfung vermieden werden. Darüber hinaus können tiefe Atemzüge auch mechanisch durch Gurte und/oder Ge wichte, aber auch durch Erhöhung des Atemwegwiderstandes begrenzt werden, wodurch der Trainingseffekt weiter intensiviert werden kann. If stimulation in the exhalation phase is not possible or only insufficiently possible, then hyperventilation-related side effects and exhaustion can also be avoided by pauses that can be controlled via feedback. In addition, deep breathing can also be mechanically limited by belts and/or weights, but also by increasing the airway resistance, which can further intensify the training effect.
Durch die intensive Trainingsstimulation kann die Anwendungsdauer pro Patient deutlich verkürzt werden, wodurch ein Gerät in kurzen Abständen mehreren Patien ten zur Verfügung gestellt werden kann. Due to the intensive training stimulation, the duration of use per patient can be significantly reduced, which means that one device can be made available to several patients at short intervals.
Entscheidend ist bei diesem Intensivtraining, dass trotz einer ausgeprägten Stimula tion mit entsprechend starken Kontraktionen der Atemmuskulatur keine vertiefte At mung mit plötzlichen Atembewegungen (s.o. 7.1) und/oder großen Atemzugvolumina (s.u. 7.3.) und/oder großen transpulmonalen Drücken bewirkt wird. The decisive factor in this intensive training is that, despite pronounced stimulation with correspondingly strong contractions of the respiratory muscles, no deeper breathing with sudden breathing movements (see above 7.1) and/or large tidal volumes (see below 7.3.) and/or large transpulmonary pressures is caused.
7.3. Lungenprotektive Trainingsstimulation Wie oben unter Stimulationsmethode 3 beschrieben wird auch für eine Trainingsstim ulation die Atemtiefe bei dieser Trainingsform während der Einatmung so reguliert, dass ein schonendes Atemzugvolumen dabei geatmet und/oder eine schonender transpulmonaler Druck ausgeübt wird. Das ist besonders bei häufigen Trainingsstim ulationen von großer Bedeutung. Über die oben erwähnte Rückkopplung zwischen der Messung des Atemzugvolumens und der Stimulationsstärke kann zusätzlich eine Rückkopplung zur Atemlage wie oben beschrieben erfolgen (s.o. 7.2.). 7.3. Lung protective training stimulation As described above under stimulation method 3, the breathing depth is also regulated for training stimulation during inhalation with this form of training so that a gentle tidal volume is breathed in and/or gentle transpulmonary pressure is exerted. This is particularly important in the case of frequent training stimuli. The above-mentioned feedback between the measurement of the tidal volume and the stimulation strength can also provide feedback on the breathing position as described above (see 7.2. above).
So kann die Stimulationsstärke erhöht werden und trotzdem wird gleichzeitig ein lun genprotektives Atemzugvolumen von beispielsweise 6 ml/kg Idealgewicht und/oder ein transpulmonaler Druck von 5 mbar auch bei intensiver Trainingsstimulation nicht überschritten. Wie oben unter 7.2 beschrieben kann also durch eine Wechselwirkung zwischen Atemlage und Atemzugvolumen eine intensive Trainingsstimulation ohne schädliche Atmung ermöglicht werden. In this way, the stimulation intensity can be increased and at the same time a lung-protective tidal volume of, for example, 6 ml/kg of ideal weight and/or a transpulmonary pressure of 5 mbar is not exceeded, even with intensive training stimulation. As described above under 7.2, intensive training stimulation without harmful breathing can be made possible through an interaction between breathing position and tidal volume.
Darüber hinaus kann in begrenztem Umfang auch durch eine Erhöhung des Ausa temwiderstandes die Atem läge in die Einatmung verschoben und dadurch das Atem zugvolumen begrenzt werden. Das kann in Kombination und synchron zu der Stimu lation während der Ausatmung erfolgen. In addition, to a limited extent, increasing the resistance to exhalation can shift the respiratory length to inhalation, thereby limiting the respiratory volume. This can be done in combination and synchronously with the stimulation during expiration.
Allerdings kann auch bei geringer Stimulationsstärke ein hohes Atemzugvolumen er reicht werden. Auch unabhängig von der Atemlage verhindert die lungenprotektive Trainingsstimulation, dass bereits bei einer geringen Stimulationstärke eine schädli che Atmung mit großen Atemzugvolumina bewirkt wird; hierdurch wird ausgeschlos sen, dass insbesondere bei häufigen Stimulationen eine lungenschädigende Wirkung durch die Trainingsstimulation selbst hervorgerufen wird. Das ist insbesondere bei Spontanatmung von Bedeutung, denn hierbei kann selbst eine geringe Trainingssti mulation zusätzlich zu einem spontanen Atemzug die dann hervorgerufene Eigenat mung erheblich verstärken (s.u. 7.4. -7.5). However, a high tidal volume can be achieved even with low stimulation levels. Regardless of the breathing position, the lung-protective training stimulation prevents harmful breathing with large tidal volumes from being caused even at low stimulation levels; This rules out the possibility of lung-damaging effects being caused by the training stimulation itself, particularly in the case of frequent stimulation. This is particularly important in the case of spontaneous breathing, because even a slight training stimulus in addition to a spontaneous breath can significantly increase the self-breathing that is then caused (see below 7.4. -7.5).
7.4. Selbstschädigung (P-SILI) vermeidende Trainingsstimulation 7.4. Self-harm (P-SILI) avoidant training stimulation
Neben der oben erwähnten 3 Trainingsstimulationsmuster, die eine zusätzliche Schädigung durch die beim Training bewirkte Beatmung minimieren oder verhindern sollen, soll dieses Trainingsmuster eine Schädigung bei vorhandener Spontanat mung vermeiden oder minimieren. In addition to the above 3 training stimulation patterns that minimize or prevent additional damage from ventilation induced during training should, this training pattern should avoid or minimize damage in existing spontaneous breathing.
Die Spontanatmung wird so berücksichtigt, dass eine zusätzliche Trainingsstimula tion keine tiefen und/oder plötzlichen Einatmungen hervorruft. Das ist insbesondere bei häufigen Wiederholungen von Bedeutung und kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden. Entweder wird während der Einatmung nicht oder nur so wenig sti muliert, dass ein bestimmtes Atemzugvolumen nicht überschritten wird, oder die Ein atmung wird entsprechend moduliert. Spontaneous breathing is taken into account in such a way that additional training stimulation does not cause deep and/or sudden inspiration. This is particularly important in the case of frequent repetitions and can be achieved in different ways. Either there is no stimulation during inhalation, or only so little that a certain tidal volume is not exceeded, or inhalation is modulated accordingly.
In einem weiteren Muster kann durch die unter Stimulationsmethode 2 und auch un ter 7.2. beschriebene Ausatmungsverhinderung die Atemlage in die Einatmung ver schoben werden, so dass bei diesem Training während der Ausatmung gleichzeitig die Tiefe der spontanen Atemzüge und somit auch eine selbstschädigende Atmung begrenzt wird. In a further pattern, the stimulation method under 2 and also under 7.2. described prevention of exhalation, the breathing position must be shifted into inhalation, so that during exhalation, the depth of the spontaneous breaths and thus self-damaging breathing is limited at the same time.
Entsprechend muss die Spontanatmung und/oder die durch die Stimulation erfol gende oder veränderte Eigenatmung erfasst werden, so dass die Stimulation indivi duell und flexibel angepasst und bei Bedarf die Spontanatmung moduliert werden kann (s.u. 7.5). Accordingly, the spontaneous breathing and/or the self-breathing that occurs or changes as a result of the stimulation must be recorded so that the stimulation can be individually and flexibly adjusted and, if necessary, the spontaneous breathing can be modulated (see below 7.5).
7.5. Modulierende Trainingsstimulation 7.5. Modulating training stimulation
Schließlich ergeben sich fliessende Übergänge mit unterschiedlichen Kombinationen zwischen einer Trainingsstimulation und einer Modulationsstimulation, wie sie oben unter Stimulationsmethode 5 beschrieben wurde. So kann unter Berücksichtigung der Erkrankung und der Erkrankungschwere die Stimulation individuell angepasst werden, so dass sowohl die Erfordernisse an die Eigenatmung als auch des er wünschten Trainingseffektes erfüllt werden können. Finally, there are smooth transitions with different combinations between a training stimulation and a modulation stimulation, as described above under stimulation method 5. In this way, the stimulation can be individually adjusted taking into account the illness and the severity of the illness, so that both the requirements for self-breathing and the desired training effect can be met.
Die modulierende Trainingsstimulation berücksichtigt immer die Spontanatmung und verändert sie daher auch. Hierbei wird über den gesamten Atemzyklus oder nur teil weise stimuliert. Bei einer teilweisen Stimulation kann nur in der Einatemphase, nur während der Ausatmung oder in Anteilen dieser Atemphasen trainiert werden. Hier- bei kommt der Ausatmung wie oben mehrfach beschrieben eine besondere Bedeu tung zu, um intensiv trainieren zu können und sowohl eine zu tiefe, kontrollierte Ei genatmung als auch eine zu tiefe Spontanatmung beim Training zu vermeiden. The modulating training stimulation always takes spontaneous breathing into account and therefore also changes it. This is stimulated over the entire respiratory cycle or only partially. With partial stimulation, you can train only in the inhalation phase, only during exhalation, or in parts of these breathing phases. Here- As described above, exhalation is of particular importance in order to be able to train intensively and to avoid both too deep, controlled breathing and too deep spontaneous breathing during training.
Selbst bei erschöpfter Atemmuskulatur, bei der schließlich eine flache und schnelle Atmung auftritt, kann mit der modulierenden Stimulation gleichzeitig trainiert und hier bei wie oben unter Stimulationsmethode 5 beschrieben ein verbessertes Atemmuster erreicht werden. Hierbei ist bei zunehmender Erschöpfung anhand festgelegter Gren zen eine möglichst frühzeitige Intervention anzustreben, um die erschöpfte Atem muskulatur zu entlasten. Falls bei ausgeprägter Erschöpfung eine Entlastung der Atemmuskulatur durch Beatmung erforderlich werden sollte, kann hierbei frühzeitig eine vorbeugende Trainingsstimulation den Muskelabbau begrenzen oder sogar ver hindern. Even with exhausted respiratory muscles, which eventually result in shallow and rapid breathing, the modulating stimulation can be used to train at the same time and an improved breathing pattern can be achieved as described above under stimulation method 5. In the event of increasing exhaustion, based on defined limits, the aim should be to intervene as early as possible in order to relieve the exhausted respiratory muscles. If, in the case of pronounced exhaustion, the respiratory muscles need to be relieved by ventilation, preventive training stimulation can limit or even prevent muscle breakdown at an early stage.
7.6. Konditionierende Trainingsstimulation 7.6. Conditioning training stimulation
Die oben unter Stimulationsmethode 6 beschriebene konditionierende Stimulation stellt auch eine Form der Trainingsstimulation dar. Das Ziel der Konditionierungsstim ulation ist primär allerdings nicht das direkte Training der Atemmuskulatur, sondern das „Eintrainieren“ bzw. die Konditionierung eines bestimmten Atemmusters. Falls also in Ergänzung zu einem Training der Atemmuskulatur zusätzlich auch die Kondi tionierung eines bestimmten Atemmusters erfolgen soll, dann erfolgt eine konditionie rende Trainingsstimulation. The conditioning stimulation described above under stimulation method 6 also represents a form of training stimulation. However, the primary goal of conditioning stimulation is not direct training of the respiratory muscles, but rather “training” or conditioning a specific breathing pattern. So if, in addition to training the respiratory muscles, conditioning of a specific breathing pattern is also to take place, then conditioning training stimulation takes place.
Kombinierende Stimulationsfunktionen Combining stimulation functions
Je nach Erkrankungsschwere, Lungenschädigung und Atemstörung kann schließlich eine Trainingsstimulation so mit einer Konditionierung kombiniert werden, dass auch die Erfordernisse einer entsprechend angepassten Beatmung erfüllt werden können. So kann beispielsweise bei einer hypoxämischen Lungenschädigung im Rahmen ei nes ARDS die Stimulation während der Ausatmung mit Hilfe der „expiratory hold“, „braking“ und „cut“ Stimulationsmuster (s.o. und s.u.) die Lunge stabilisieren, lungen protektiv vor zu hohen Atemzugvolumina schützen, konditionierend das „Halten“ der Ausatmung eintrainieren und zugleich ein intensives Training der Atemmuskulatur bewirken (s. a. Übersicht zur Ausatmungsstimulation). Übersicht zur Ausatmungsstimulation Depending on the severity of the disease, damage to the lungs and respiratory disorders, training stimulation can finally be combined with conditioning in such a way that the requirements of appropriately adapted ventilation can also be met. For example, in the case of hypoxemic lung damage as part of ARDS, stimulation during expiration with the help of the "expiratory hold", "braking" and "cut" stimulation patterns (see above and below) can stabilize the lungs, protect lungs from excessively high tidal volumes, conditioning to “hold” the exhalation and at the same time cause intensive training of the respiratory muscles (see overview of exhalation stimulation). Expiratory stimulation overview
Die Stimulation während der Ausatmung ist 1. zur Lungenstabilisierung, 2. für die Lungenprotektion, 3. für die Konditionierung der Spontanatmung als auch 4. für ein intensives und trotzdem gleichzeitig schonendes Training der Atemmuskulatur von zentraler Bedeutung. The stimulation during exhalation is of central importance for 1. lung stabilization, 2. for lung protection, 3. for conditioning spontaneous breathing and 4. for intensive and yet at the same time gentle training of the respiratory muscles.
1. Lungenstabilisierung 1. Lung stabilization
Die Stabilisierungsstimulation beugt einem Kollaps der Lunge mit entsprechenden Gasaustauschstörungen vor und beugt darüber hinaus auch einer schädlichen Kol- laps-Rekruitmentbeatmung, einer Überdehnung der belüfteten Lunge, einer Erhö hung von Atemarbeit, Atemanstrengungen, P-SILI und schließlich einer Erschöpfung vor. Die Stabilisierungsstimulation kann über drei verschiedene Methoden erfolgen:The stabilization stimulation prevents a collapse of the lung with corresponding gas exchange disturbances and also prevents harmful collapse recruitment ventilation, overexpansion of the ventilated lung, an increase in the work of breathing, respiratory effort, P-SILI and finally exhaustion. Stabilization stimulation can be done using three different methods:
1. dem „expiratory hold“, 2. dem „expiratory braking“ und 3. dem „expiratory cut“, die auch kombinierbar sind: 1. the "expiratory hold", 2. the "expiratory braking" and 3. the "expiratory cut", which can also be combined:
1. Expiratory hold: Verhinderung des vollständigen Ausatmens durch Halten der Aus atmung. 1. Expiratory hold: Prevention of full exhalation by holding exhalation.
2. Expiratory braking: Abbremsung der Ausatmung durch abnehmende Stimulations intensität. 2. Expiratory braking: slowing down of exhalation through decreasing stimulation intensity.
3. Expiratory cut: Verkürzung der Ausatmungsdauer. 3. Expiratory cut: shortening of the exhalation time.
Insbesondere durch das Halten der Ausatmung, aber auch durch die Art der Abbrem sung und indirekt durch Verkürzung der Ausatmungszeit wird schließlich das Ausat mungsniveau bestimmt. Im Gegensatz zur Positivdruckbeatmung gibt es hierbei keine unnatürliche Druckerhöhung in der Lunge, aber auch keine unnatürlichen Druckminderungen im Bauchraum wie bei der Negativdruckbeatmung. The level of exhalation is determined in particular by holding the exhalation, but also by the type of deceleration and indirectly by shortening the exhalation time. In contrast to positive pressure ventilation, there is no unnatural increase in pressure in the lungs, but also no unnatural reduction in pressure in the abdomen as with negative pressure ventilation.
2. Lungenprotektion 2. Lung protection
Je mehr Luft in der Ausatmung gehalten wird, umso mehr verschiebt sich die Atem lage in die Einatmung hinein und umso weniger tief kann dann wieder eingeatmet werden. Wenn durch Verschiebung der Atem läge nicht so tief eingeatmet werden kann, dann können wiederum hohe und somit schädliche Atemzugvolumina rein me chanisch bedingt nicht erreicht werden. Das betrifft 1. die Spontanatmung, 2. die elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierte Eigenatmung, 3. die elektromagneti sche oder elektrische Trainingsatmung, aber auch 4. sogar die konventionelle Beat mung. Somit ermöglicht allein schon die Stimulation in der Ausatmung eine schädli che Spontanatmung, aber auch eine schädliche elektromagnetische bzw. elektrische, aber auch eine konventionelle Beatmung mit großen Atemzugvolumina zu begren zen. The more air is held in the exhalation, the more the position of breathing shifts into the inhalation and the less deeply one can then inhale again. If it is not possible to breathe in so deeply by shifting the length of the breath, then high and thus harmful tidal volumes cannot be achieved for purely mechanical reasons. This concerns 1. spontaneous breathing, 2. the electromagnetically or electrically controlled self-breathing, 3. electromagnetic or electrical training breathing, but also 4. even conventional ventilation. Thus, the stimulation during expiration alone enables harmful spontaneous breathing, but also harmful electromagnetic or electrical ventilation, as well as conventional ventilation with large tidal volumes, to be limited.
3. Konditionierung 3. Conditioning
Die Konditionierungsstimulation unterstützt gezielt das Einüben der verschiedenen Ausatmungsmethoden, um so eine bestimmte Ausatmungstechnik für die darauffol gende Spontanatmung effektiver zu erlernen. The conditioning stimulation specifically supports the practice of the various exhalation methods in order to learn a certain exhalation technique more effectively for the subsequent spontaneous breathing.
4. Training 4. Workout
Die Stimulation in der Ausatmung ermöglicht ein intensives Training der Atemmusku latur durch die Begrenzung der Einatmung durch Verschiebung der Atemlage. Das ermöglicht eine sehr intensive Trainingsstimulation mit ausgeprägten Kontraktionen der Atemmuskulatur sowohl in der Ein- als auch in der Ausatmungsphase, da trotz intensiver Muskelaktivität der Atemmuskulatur nur wenig geatmet wird. Hierdurch wird eine ausgeprägte Trainingsatmung, aber auch eine schädliche Spontanatmung während des Trainings und die damit verbundenen schädlichen Wirkungen und Kom plikationen vermieden. The stimulation during exhalation enables intensive training of the respiratory muscles by limiting inhalation by shifting the respiratory position. This enables a very intensive training stimulation with pronounced contractions of the respiratory muscles both in the inhalation and in the exhalation phase, since despite intensive muscle activity of the respiratory muscles only little is breathed. This avoids pronounced training breathing, but also harmful spontaneous breathing during training and the associated harmful effects and complications.
Ausführungsbeispiele exemplary embodiments
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwen dung von Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments using drawings.
Es zeigen Show it
Figur 1 die Anwendung einer Elektrostimulationsvorrichtung an einem Le bewesen, FIG. 1 shows the use of an electrostimulation device on a human being,
Figur 2 die Anwendung einer Elektrostimulationsvorrichtung in Verbindung mit einer Positivdruckbeatmung an einem Lebewesen, FIG. 2 shows the use of an electrostimulation device in connection with positive pressure respiration on a living being,
Figuren 3 bis 5 Zeitdiagramme von Atemlagen, Figures 3 to 5 time diagrams of respiratory positions,
Figur 6 die Änderung des Luftvolumens in der Lunge in einem Atemzyklus über die Zeit, FIG. 6 the change in the air volume in the lungs in a breathing cycle over time,
Figur 7 die Änderung des transpulmonalen Drucks in einem Atemzyklus über die Zeit. FIG. 7 shows the change in the transpulmonary pressure in a breathing cycle over time.
Die Figur 1 zeigt ein Lebewesen 1 in liegender Position. Zur Verdeutlichung der Lage sind an dem Lebewesen 1 vorteilhafte Stimulationspositionen des Nervus phrenicus 2 sowie der Nervi interconstales 3 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei davon ausgegangen, dass durch elektromagnetische Stimulation der Nervus phrenicus 2 stimuliert werden soll. FIG. 1 shows a living being 1 in a lying position. To clarify the situation, advantageous stimulation positions of the phrenic nerve 2 and the interconstal nerves 3 are shown on the living being 1 . In the present exemplary embodiment, it is assumed that the phrenic nerve 2 is to be stimulated by electromagnetic stimulation.
Die Figur 1 lässt eine Elektrostimulationsvorrichtung 4 erkennen, die über elektrische Leitungen mit Signalabgabeelementen 10, z.B. Spulen, zum Einspeisen von Magnet feldern in das Lebewesen 1, verbunden ist. Über die Signalabgabeelemente 10 kann die Elektrostimulationsvorrichtung Stimulationssignale im Lebewesen erzeugen, durch die Muskelkontraktionen erzeugt werden können, durch die die Atmung des Lebewesens 1 gezielt beeinflusst werden kann. FIG. 1 shows an electrostimulation device 4, which is connected via electrical lines to signal-emitting elements 10, e.g. coils, for feeding magnetic fields into living being 1. The electrical stimulation device can generate stimulation signals in the living being via the signal delivery elements 10, which can be used to generate muscle contractions, through which the breathing of the living being 1 can be influenced in a targeted manner.
Die Elektrostimulationsvorrichtung 4 kann z.B. als eine rechnergesteuerte Elektrosti mulationsvorrichtung ausgebildet sein. Sie weist einen Rechner 5, eine Stimulations signalerzeugungseinrichtung 6, einen Speicher 7 und Bedienelemente 8 auf. Es kann zusätzlich eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige von Betriebsdaten vorhanden sein. Im Speicher 7 ist ein Computerprogramm gespeichert, mit dem einige oder alle Funk tionen der Elektrostimulationsvorrichtung 4 ausgeführt werden können. Der Rechner 5 arbeitet das Computerprogramm im Speicher 7 ab. Hierdurch werden über die Sti mulationssignalerzeugungseinrichtung 6 entsprechende Stimulationssignale an die Signalabgabeeinrichtung 10 abgegeben, durch die die gewünschten Magnetfelder er zeugt werden. Die zuvor beschriebenen Funktionen für die Beatmung des Lebewe sens 1 durch die Stimulationssignale oder die vom Anwender auszuführenden Ver fahren können über die Bedienelemente 8 vom Anwender beeinflusst werden, z.B. durch Einstellung von Parametern von Atemzyklen. The electrical stimulation device 4 can be designed, for example, as a computer-controlled electrical stimulation device. It has a computer 5, a stimulation signal generating device 6, a memory 7 and 8 controls. There can also be a display device for displaying operating data. A computer program is stored in the memory 7, with which some or all of the functions of the electrical stimulation device 4 can be carried out. The computer 5 processes the computer program in the memory 7. In this way, corresponding stimulation signals are emitted via the stimulation signal generation device 6 to the signal emission device 10, through which the desired magnetic fields are generated. The functions described above for the ventilation of the living being sens 1 by the stimulation signals or the procedures to be carried out by the user can be influenced by the user via the operating elements 8, for example by setting parameters of breathing cycles.
Durch die beschriebenen Elemente ist eine Steuerung der künstlichen Beatmung des Lebewesens 1 durch Elektrostimulation durchführbar. Soll auch eine Regelung be stimmter Parameter erfolgen, ist es erforderlich, dass der Elektrostimulationsvorrich tung 4 einer oder mehrere Messwerte von Kenndaten von Atemzyklen des Lebewe sens 1 zugeführt werden. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, den vom Lebewesen 1 eingeatmeten Volumenstrom und den ausgeatmeten Volumenstrom zu erfassen. Dies kann z.B. mittels einer Gesichtsmaske 13 erfolgen, in der ein Durchflusssensor angeordnet ist. Durch die Gesichtsmaske 13 bzw. den Durchflusssensor wird der Atemfluss praktisch nicht beeinflusst. Es können aber quantitative Größen, die den Volumenstrom kennzeichnen, erfasst und der Elektrostimulationsvorrichtung 4 zuge führt werden. Die Auswertung der Sensorsignale kann z.B. durch den Rechner 5 er folgen. The elements described can be used to control the artificial respiration of the living being 1 by electrostimulation. If certain parameters are also to be regulated, it is necessary for the electrostimulation device 4 to be supplied with one or more measured values of characteristics of breathing cycles of the living being 1 . For example, it can be useful to record the volume flow inhaled by the living being 1 and the volume flow exhaled. This can be done, for example, by means of a face mask 13 in which a flow sensor is arranged. The respiratory flow is practically not influenced by the face mask 13 or the flow sensor. However, quantitative variables that characterize the volume flow can be recorded and supplied to the electrical stimulation device 4 . The sensor signals can be evaluated by the computer 5, for example.
Die Elektrostimulationsvorrichtung 4 kann zusätzlich eine Schnittstelle 9 zur Verbin dung mit anderen Geräten haben, z.B. zum Datenaustausch mit anderen Geräten. Auf diese Weise können der Elektrostimulationsvorrichtung 4 noch weitere Mess werte zugeführt werden, ohne dass die Elektrostimulationsvorrichtung 4 mit eigenen Sensoren ausgerüstet sein muss. The electrostimulation device 4 can also have an interface 9 for connecting to other devices, e.g. for exchanging data with other devices. In this way, the electrostimulation device 4 can be supplied with further measured values without the electrostimulation device 4 having to be equipped with its own sensors.
Die Figur 2 verdeutlicht die Anwendung der Elektrostimulationsvorrichtung 4 am Le bewesen 1 in Verbindung mit einem Positivdruck-Beatmungsgerät 11. Das Beat mungsgerät 11 weist eine Luftförderungseinheit 18 auf, durch die Luft über einen An schluss 19 aus der Umgebung angesaugt und über eine Luftleitung 12 mittels einer Atemmaske 13 in die Atemwege des Lebewesens 1 eingespeist werden kann. Die Atemmaske 13 oder die Luftleitung 12 kann eine definierte Leckage 14 haben. Mit der Luftleitung 12 sind innerhalb des Beatmungsgeräts 11 ein Drucksensor 16 und ein Volumenstromsensor 17, z.B. ein Pneumotachograph, verbunden. Das Beat mungsgerät 11 weist eine eigene Steuereinheit 15 auf, mit der die Sensoren 16, 17 verbunden sind. Die Steuereinheit 15 steuert nach vorgegebenen Algorithmen die Luftförderungseinheit 18 an, um auf diese Weise gewünschte Volumenstromverläufe und/oder Druckverläufe in den Atmungsorganen des Lebewesens 1 über die Atem maske 13 zu erzeugen. Figure 2 illustrates the use of the electrostimulation device 4 on the living creature 1 in connection with a positive-pressure ventilator 11. The ventilator 11 has an air delivery unit 18 through which air is sucked in from the environment via a connection 19 and via an air line 12 by means a breathing mask 13 can be fed into the airways of the living being 1. The breathing mask 13 or the air line 12 can have a defined leakage 14 . With A pressure sensor 16 and a volume flow sensor 17 , for example a pneumotachograph, are connected to the air line 12 within the ventilator 11 . The ventilation device 11 has its own control unit 15 to which the sensors 16, 17 are connected. The control unit 15 controls the air delivery unit 18 according to predefined algorithms in order to generate desired volume flow curves and/or pressure curves in the respiratory organs of the living being 1 via the breathing mask 13 in this way.
Man erkennt, dass die Elektrostimulationsvorrichtung 4 über ihre Schnittstelle 9 mit dem Beatmungsgerät 11 verbunden ist. Über die Schnittstelle 9 werden der Elektros timulationsvorrichtung 4 die entsprechenden Messwerte und gegebenenfalls auch zusätzliche intern im Beatmungsgerät 11 berechnete Werte über Kenndaten der Atemzyklen des Lebewesens zugeführt. Auf diese Weise erhält die Elektrostimulati onsvorrichtung 4 beispielsweise jeweilige aktuelle Messwerte des Drucks und des Volumenstroms der Atemzyklen des Lebewesens 1. It can be seen that the electrical stimulation device 4 is connected to the ventilator 11 via its interface 9 . The electrostimulation device 4 is supplied via the interface 9 with the corresponding measured values and possibly also additional values calculated internally in the ventilator 11 via characteristic data of the breathing cycles of the living being. In this way, the electrostimulation device 4 receives, for example, current measured values of the pressure and the volume flow of the breathing cycles of the living being 1.
In den Figuren 3 bis 5 sind für verschiedene Atem lagen jeweils mehrere Atemzyklen über die Zeit t aufgetragen. An die Ordinate ist das jeweils in den Lungen befindliche Luftvolumen V aufgetragen. In FIGS. 3 to 5, several breathing cycles are plotted against time t for different breathing positions. The air volume V in the lungs is plotted on the ordinate.
Die Figur 3 zeigt die Atemlage mit Atemzugvolumina während der Ruheatmung (AZV) und einer maximal möglichen Ausatmung, wodurch die normale Atemlage während der Ruheatmung und das endexspiratorische Reservevolumen (ERV) ver anschaulicht werden soll. Das inspiratorische Reservevolumen (IRV) ist hier auch ge kennzeichnet und wird in Figur 4 durch die maximal mögliche Einatmung verdeut licht. In Figur 5 schließlich wird die Verschiebung der Atemlage bei Ruheatmung in die Einatmung gezeigt, was dadurch gekennzeichnet ist, dass die Atemzugvolumina der Ruheatmung bei erhöhtem ERV und vermindertem IRV erfolgt. FIG. 3 shows the breathing position with tidal volumes during resting breathing (AZV) and a maximum possible exhalation, whereby the normal breathing position during resting breathing and the end-expiratory reserve volume (ERV) should be illustrated. The inspiratory reserve volume (IRV) is also marked here and is illustrated in FIG. 4 by the maximum possible inhalation. Finally, FIG. 5 shows the shift in the respiratory position during resting breathing into inhalation, which is characterized in that the tidal volumes of resting breathing occur with an increased ERV and reduced IRV.
Die in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Atemverläufe können durch die erfindungs gemäße Elektrostimulationsvorrichtung 4 und die erfindungsgemäßen Verfahren ent sprechend gesteuert oder geregelt werden, d.h. durch die Elektrostimulationsvorrich tung werden entsprechende Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel des Lebewesens 1 eingespeist, wodurch die entsprechenden Muskel kontraktionen der Atemmuskulatur erzeugt werden, durch die letztendlich die darge stellten Atemzyklen hervorgerufen werden. The respiratory patterns shown in Figures 3 to 5 can be controlled accordingly by the fiction, contemporary electrostimulation device 4 and the inventive method, ie by the Elektrostimulationsvorrich device are corresponding stimulation signals in at least one nerve and / or fed to a muscle of the living being 1, whereby the corresponding muscle contractions of the respiratory muscles are generated, by which ultimately the respiratory cycles presented are caused.
Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Atemzyklus in vergrößerter Darstellung. Der Atem zyklus besteht aus einer Inspirationsphase I und eine Exspirationsphase E. In Figur 6 ist das Luftvolumen V über die Zeit dargestellt, in Figur 7 der transpulmonale Druck TPP über die Zeit. Man erkennt, dass die Inspirationsphase I am unteren Scheitel punkt gemäß Figur 6 beginnt und am oberen Scheitelpunkt endet. Am oberen Schei telpunkt beginnt die Exspirationsphase E und endet am nächsten unteren Scheitel punkt der Kurve. Der Verlauf des Drucks TPP ist im Vergleich zum Verlauf des Volu mens V phasenverschoben. FIGS. 6 and 7 show a breathing cycle in an enlarged view. The breathing cycle consists of an inspiration phase I and an expiration phase E. FIG. 6 shows the air volume V over time, and FIG. 7 shows the transpulmonary pressure TPP over time. It can be seen that the inspiration phase I begins at the lower peak according to FIG. 6 and ends at the upper peak. The expiratory phase E begins at the upper apex and ends at the next lower apex of the curve. The course of the pressure TPP is phase-shifted in comparison to the course of the volume V.
Durch die Elektrostimulationsvorrichtung 4 können beispielsweise die in Figur 6 und Figur 7 dargestellten Verläufe der Atemzyklen erzeugt werden. Dabei kann je nach gewählter Funktion die Dauer der Inspirationsphase und/oder die Dauer der Exspira tionsphase gesondert beeinflusst werden. Es kann auch die Amplitude des Volumen verlaufs und/oder des Druckverlaufs gesondert beeinflusst werden, sowie die jeweili gen Lagen der Maxima und Minima der Kurvenverläufe. The profiles of the breathing cycles shown in FIG. 6 and FIG. 7, for example, can be generated by the electrostimulation device 4 . Depending on the selected function, the duration of the inspiration phase and/or the duration of the expiration phase can be influenced separately. The amplitude of the volume curve and/or the pressure curve can also be influenced separately, as can the respective positions of the maxima and minima of the curves.
Literatur literature
1. Raymondos K, Dirks T, Quintei M, Molitoris U, Ahrens J, Dieck T, Johanning K, Henzler D, Rossaint R, Putensen C, Wrigge H, Wittich R, Ragaller M, Bein T, Beiderlinden M, Sanmann M, Rabe C, Schlechtweg J, Holler M, Frutos-Vi- var F, Esteban A, Hecker H, Rosseau S, von Dossow V, Spies C, Welte T, Piepenbrock S, Weber-Carstens. Outcome of acute respiratory distress Syn drome in university and non-university hospitals in Germany. Crit Care 2017; 21 (1 ): 122. 1. Raymondos K, Dirks T, Quintei M, Molitoris U, Ahrens J, Dieck T, Johanning K, Henzler D, Rossaint R, Putensen C, Wrigge H, Wittich R, Ragaller M, Bein T, Beiderlinden M, Sanmann M, Rabe C, Schlechtweg J, Holler M, Frutos-Vivar F, Esteban A, Hecker H, Rosseau S, von Dossow V, Spies C, Welte T, Piepenbrock S, Weber-Carstens. Outcome of acute respiratory distress syndrome in university and non-university hospitals in Germany. CritCare 2017; 21(1):122.
2. Sander BH, DieckT, Homrighausen F, Tschan CA, Steffens J, Raymondos K. Electromagnetic Ventilation: first evaluation of a new method for artificial Ventilation in humans. Muscle Nerve 2010; 42(3):305-10. 2. Sander BH, Dieck T, Homrighausen F, Tschan CA, Steffens J, Raymondos K. Electromagnetic ventilation: first evaluation of a new method for artificial ventilation in humans. Muscle Nerve 2010; 42(3):305-10.
3. Schmidt J, Wenzel C, Spassov S, Borgmann S, Lin Z, Wollborn J, Weber J, Haberstroh J, Meckel S, Eiden S, Wirth S, Schumann S. Flow-Controlled Ventilation Attenuates Lung Injury in a Porcine Model of Acute Respiratory Distress Syndrome: A Preclinical Random ized Controlled Study. Crit Care Med 2020; 48(3):e241-e248. 3. Schmidt J, Wenzel C, Spassov S, Borgmann S, Lin Z, Wollborn J, Weber J, Haberstroh J, Meckel S, Eiden S, Wirth S, Schumann S. Flow-Controlled Ventilation Attenuates Lung Injury in a Porcine Model of Acute respiratory distress syndrome: A preclinical randomized controlled study. Crit Care Med 2020; 48(3):e241-e248.
4. Sinderby C, Navalesi P, Beck J, Skrobik Y, Comtois N, Friberg S, Gottfried SB, Lindström L. Neural Control of Mechanical Ventilation in Respiratory Fail- ure. Nat Med 1999;5(12): 1433-6. 4. Sinderby C, Navalesi P, Beck J, Skrobik Y, Comtois N, Friberg S, Gottfried SB, Lindström L. Neural Control of Mechanical Ventilation in Respiratory Failure. Nat Med 1999;5(12):1433-6.
5. Welvaart WN, Paul MA, Stienen GJ, van Hees HW, Loer SA, Bouwman R, Niessen H, de Man FS, Witt CC, Granzier H, Vonk-Noordegraaf A, Otten- heijm CA. Selective diaphragm muscle weakness after contractile inactivity during thoracic surgery. Ann Surg. 2011; 254(6): 1044-9. 5. Welvaart WN, Paul MA, Stienen GJ, van Hees HW, Loer SA, Bouwman R, Niessen H, de Man FS, Witt CC, Granzier H, Vonk-Noordegraaf A, Ottenheijm CA. Selective diaphragm muscle weakness after contractile inactivity during thoracic surgery. Ann Surg. 2011; 254(6):1044-9.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Elektrostimulationsvorrichtung zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/o der magnetisch erzeugten Stimulationssignalen, mit folgenden Merkmalen: a) die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Signalabgabeein richtung, durch die elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch er zeugte Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Mus kel einspeisbar sind, b) die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der wenigstens einen Signalabgabeeinrichtung derart eingerichtet ist, dass durch die von der wenigstens einen Signalabgabeein richtung abgegebenen Stimulationssignale Muskelkontraktionen im Lebe wesen erzeugbar sind, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt be einflussbar ist. 1. Electrostimulation device for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals, having the following features: a) the electrostimulation device has at least one signal output device through which electrically, electromagnetically and/or magnetically he generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or a muscle, b) the electrical stimulation device has at least one control device which is set up to control the at least one signal output device in such a way that the stimulation signals emitted by the at least one signal output device cause muscle contractions in the living body beings can be generated through which the breathing of the living being can be influenced in a targeted manner.
2. Elektrostimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus des Lebewesens in mehreren Schritten und/oder gleichmäßig zu verändern. 2. Electrical stimulation device according to claim 1, characterized in that the control device is set up to change the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device in several steps and/or uniformly over the course of a breathing cycle of the living being.
3. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale während der Ausatmungsphase des Lebewesens auf ei nem erhöhten Niveau zu halten, bei dem die durch Stimulationssignale er zeugte Muskelkontraktion größer als Null ist, aber mindestens so hoch ist, dass sich bis zu 75% des inspiratorischen Reservevolumens immer noch am Ende der Ausatmung in der Lunge befinden. 3. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to keep the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device at an increased level during the expiration phase of the living being, at which the muscle contraction generated by the stimulation signals is greater than zero, but is at least as high that Up to 75% of the inspiratory reserve volume is still in the lungs at the end of expiration.
4. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung der Atemtiefe zu steuern oder zu regeln. 4. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to adjust the breathing of the living being to a predetermined value, value range and/or temporal change in breathing depth by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device to control or regulate.
5. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute zu steuern oder zu re geln. 5. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control or to control the respiration of the living being to a respiratory rate of more than 40 respiratory cycles/minute by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device regulate.
6. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens für einen begrenzten Zeitraum auf eine Atemtiefe zu steuern oder zu regeln, die für einen lebenserhaltenden Gasaustausch des Lebewesens zu gering ist. 6. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control or regulate the breathing of the living being for a limited period of time to a breathing depth by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device is too low for a life-sustaining gas exchange of the living being.
7. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die vollständige Ausatmung zu verhindern, indem die Dauer der Expirationsphase des Lebewesens auf das 0,2- bis 1,3-fache der Dauer der Inspirationsphase verkürzt wird. 7. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to prevent complete expiration by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device by reducing the duration of the expiration phase of the living being to 0.2 - up to 1.3 times the duration of the inspiration phase is reduced.
8. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Steuerung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzufüh ren. 8. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control the characteristic data by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device of the breathing cycles to predetermined target characteristics of the breathing cycles.
9. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung durch wenigstens einen Sensor fortlaufend ermittelte, aktuelle Messwerte von Kenndaten der Atemzyk len des Lebewesens zugeführt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu einge richtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten eine Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbe stimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen. 9. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is supplied with continuously determined, current measured values of characteristic data of the respiratory cycle of the living being by at least one sensor, wherein the control device is set up to set parameters by the at least stimulation signals emitted by a signal output device, depending on the measured values, to regulate the characteristic data of the respiratory cycles to predetermined target characteristic data of the respiratory cycles.
10. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung durch wenigstens einen Spontanatmungsimpuls-Sensor, durch den die Spontanatmungsimpulse des Lebewesens erfassbar sind, fortlaufend ermittelte, aktuelle Messwerte der Spontanatmungsimpulse zugeführt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu ein gerichtet ist, Parameter der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten der Spontanatmungsimpulse, insbesondere synchronisiert auf die Spontanat mungsimpulse, zu verändern. 10. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is fed continuously determined, current measured values of the spontaneous breathing pulses by at least one spontaneous breathing pulse sensor, by which the spontaneous breathing pulses of the living being can be detected, the control device being set up for this purpose, parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device as a function of the measured values of the spontaneous breathing pulses, in particular synchronized with the spontaneous breathing pulses.
11 . Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale den intraabdominalen Druck des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung zu steuern oder zu regeln. 11 . Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control or adjust the intra-abdominal pressure of the living being to a predetermined value, value range and/or change over time by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device regulate.
12. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine gezielte Anregung der Atem nerven und/oder des Atemzentrums durchzuführen 12. Electrical stimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to carry out targeted stimulation of the respiratory nerves and/or the respiratory center by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device
13. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyk len eine Steuerung oder Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbe stimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen, danach über eine Viel zahl von Atemzyklen keine Beeinflussung der Atemzyklen des Lebewesens durchzuführen und danach wieder über eine Vielzahl von Atemzyklen eine Steuerung oder Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen. 13. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control or regulate the characteristic data of the respiratory cycles to a predetermined target by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device over a large number of respiratory cycles - Carry out characteristics of the breathing cycles, then carry out no influencing of the breathing cycles of the living being over a large number of breathing cycles and then carry out a control or regulation of the characteristics of the breathing cycles to predetermined target characteristics of the breathing cycles again over a large number of breathing cycles.
14. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyk len Muskelkontraktionen der Atemmuskulatur des Lebewesens anzuregen, die für den durch die Atmung durchzuführenden Gasaustausch des Lebewesens nicht notwendig sind und hierdurch ein Muskeltraining hervorrufen. 14. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to stimulate muscle contractions of the respiratory muscles of the living being by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device over a large number of breathing cycles, which are necessary for the Breathing to be carried out gas exchange of the living being are not necessary and thereby cause muscle training.
15. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atemlage auf einen erhöhten Wert zu steuern oder zu regeln und/oder die Atemlage in die Inspirationsphase zu verschieben. 15. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to control or regulate the respiratory position to an increased value by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device and/or to switch the respiratory position to the postpone the inspiration phase.
16. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung durch wenigstens einen Atemtiefe-Sensor, durch den Messwerte der Atemtiefe des Lebewesens erfass bar sind, fortlaufend ermittelte, aktuelle Messwerte der Atemtiefe zugeführt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Para metern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens anhand der Messwerte der Atemtiefe auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Ände rung der Atemtiefe zu regeln. 16. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that continuously determined, current measured values of the respiratory depth are supplied to the control device by at least one respiratory depth sensor, by means of which measured values of the respiratory depth of the living being can be recorded, the control device being set up to by adjusting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, regulating the living being's respiration to a predetermined value, value range and/or temporal change in the respiratory depth based on the measured values of the respiratory depth.
17. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Begrenzung der Atemtiefe und/oder des Volumenstroms in der Inspirationsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert durchzuführen. 17. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to limit the respiratory depth and/or the volume flow in the inspiration phase to a predetermined maximum value by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device.
18. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale den Volumenstrom in der Exspi rationsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen und/oder ge genüber dem mittleren intrinsischen Volumenstrom des Lebewesens in der Ex spirationsphase zu verringern. 18. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to limit the volume flow in the expiration phase to a predetermined maximum value and/or compared to that by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device to reduce the mean intrinsic volume flow of the living being in the expiratory phase.
19. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabe einrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Dauer der Exspirationsphase gegenüber der mittleren intrinsischen Dauer der Exspirationsphase des Lebe wesens zu verringern. 19. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to reduce the duration of the expiration phase compared to the mean intrinsic duration of the expiration phase of the living being by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device.
20. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus in der Inspirationsphase zu er höhen und in der Exspirationsphase wieder zu verringern. 20. Electrical stimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to increase the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device in the course of a breathing cycle in the inspiration phase and to decrease it again in the expiration phase.
21 . Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ei nen mit dem Atmungssystem des Lebewesens pneumatisch und/oder elektrisch gekoppelten Durchfluss-Steueraktuator, durch den der Volumenstrom des in das Lebewesen hineinfließenden und/oder herausfließenden Luftstroms ein stellbar ist, im Laufe eines Atemzyklus variabel anzusteuern, derart, dass durch den Durchfluss-Steueraktuator der Volumenstrom in der Inspirationsphase und/oder der Exspirationsphase zumindest temporär begrenzt oder verringert wird. 21 . Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to have a flow control actuator which is pneumatically and/or electrically coupled to the respiratory system of the living being and by means of which the volume flow of the air flow flowing into and/or out of the living being can be adjusted is to be controlled variably in the course of a breathing cycle, such that by the flow control actuator limits or reduces the volume flow in the inspiration phase and/or the expiration phase at least temporarily.
22. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spontanatmungsimpuls-Sensor als Nerven- impuls-Sensor ausgebildet ist, durch den die Atmung des Lebewesens steu ernde Nervenimpuls-Signale des Lebewesens erfassbar sind. 22. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the spontaneous breathing impulse sensor is designed as a nerve impulse sensor, by which the breathing of the living being can be detected by controlling nerve impulse signals of the living being.
23. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung über eine Schnittstelle mit einem Beatmungsgerät verbindbar ist, das dazu eingerichtet ist, das Lebewe sen durch Erzeugung variablen Positivdrucks und/oder Negativdrucks zu beat men, wobei die Steuereinrichtung zum Datenaustausch mit einer Steuereinrich tung des Beatmungsgeräts eingerichtet ist. 23. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device can be connected via an interface to a ventilator which is set up to ventilate the living being by generating variable positive pressure and/or negative pressure, the control device for data exchange with a control device of the ventilator is set up.
24. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, Kenndaten eines oder mehrerer Atemzyklen des Lebewesens zu speichern, die den jeweiligen Atemzyklus quantitativ charakterisieren. 24. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to store characteristic data of one or more breathing cycles of the living being, which quantitatively characterize the respective breathing cycle.
25. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Einatmung in dem Atemzyklus hervorzurufen. 25. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to initially bring about a deep inhalation in the respiratory cycle by appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device.
26. Elektrostimulationsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, im Anschluss an die tiefe Ein atmung durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine oder mehrere par tielle Ausatmungen mit einer im Vergleich zur durchschnittlichen Ausatmung verkürzten Ausatmungsdauer und/oder erhöhten Stärke der Stimulationssignale hervorzurufen. 26. Electrostimulation device according to claim 25, characterized in that the control device is set up to, following the deep inhalation by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device, one or more partial exhalations with an exhalation compared to the average shortened expiratory time and/or increased strength of the stimulation signals.
27. Elektrostimulationsvorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abge gebenen Stimulationssignale eine Sekretmobilisationsstimulation hervorzurufen und im Anschluss an die Sekretmobilisationsstimulation die tiefe Einatmung hervorzurufen. 27. Electrostimulation device according to claim 25 or 26, characterized in that the control device is set up to cause a secretion mobilization stimulation by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device and to cause deep inspiration following the secretion mobilization stimulation.
28. Elektrostimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch die abgegebenen Stimulationssignale wahlweise eine reine Brustatmung, eine reine Bauchatmung oder eine Kombination daraus zu stimulieren, wobei die Stärken der Stimulation der Bauchatmung und der Brustatmung unabhängig voneinander anpassbar sein kann. 28. Electrostimulation device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is set up to stimulate selectively pure chest breathing, pure abdominal breathing or a combination thereof by the stimulation signals emitted, the strengths of the stimulation of abdominal breathing and chest breathing being independent of one another can be customizable.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4827935A (en) * 1986-04-24 1989-05-09 Purdue Research Foundation Demand electroventilator
WO1997038751A1 (en) * 1996-04-12 1997-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Transcutaneous nerve stimulator
SE9803508D0 (en) * 1998-10-14 1998-10-14 Siemens Elema Ab Assisted Breathing System
US20050261747A1 (en) * 2003-05-16 2005-11-24 Schuler Eleanor L Method and system to control respiration by means of neuro-electrical coded signals
US20210361964A1 (en) 2018-02-06 2021-11-25 Stimit Ag Ventilation machine and method of ventilating a patient
EP3866917A1 (en) 2018-10-19 2021-08-25 Stimit AG Respiration promoting apparatus and use thereof
US20230105270A1 (en) * 2019-12-19 2023-04-06 Stimit Ag Ventilation arrangement and treatment method

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