EP4359063A1 - Stimulationsmethoden für eine elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierte eigenatmung - Google Patents

Stimulationsmethoden für eine elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierte eigenatmung

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Publication number
EP4359063A1
EP4359063A1 EP22737819.7A EP22737819A EP4359063A1 EP 4359063 A1 EP4359063 A1 EP 4359063A1 EP 22737819 A EP22737819 A EP 22737819A EP 4359063 A1 EP4359063 A1 EP 4359063A1
Authority
EP
European Patent Office
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stimulation
breathing
living
respiratory
stimulation signals
Prior art date
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Pending
Application number
EP22737819.7A
Other languages
English (en)
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
Application filed by Stimit AG filed Critical Stimit AG
Publication of EP4359063A1 publication Critical patent/EP4359063A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3601—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of respiratory organs
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    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36135—Control systems using physiological parameters
    • A61N1/36139—Control systems using physiological parameters with automatic adjustment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/40—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals

Definitions

  • the invention relates to an electrical stimulation device and a method for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrical signals.
  • 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.
  • 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 there should always be an airway access.
  • 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.
  • Airway protection with a tube takes place in the absence 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 due to increasing lung damage, NIV positive pressure administration 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
  • laryngeal mask which are used millions of times 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 is enclosed from the outside and sealed in such a way that ventilation can take place.
  • 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 at high ventilation pressures and a high proportion of oxygen they reach their limits.
  • 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.
  • ARDS recognized this in 1967 and they also recognized how they could counteract the collapse during expiration with ventilation: 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.
  • PEEP positive end-expiratory pressure
  • sedation can have a very significant impact on circulatory functions, so that drugs that support the circulatory system should be administered continuously.
  • catecholamines in turn reduce blood flow to the organs and can accelerate the failure of several organ systems.
  • Patients who require ventilation and have very severe lung damage are often treated in the prone position, which means that they require particularly deep sedation.
  • 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 treat collapsing lung areas and to avoid increasing respiratory insufficiency. The increased respiratory drive that then occurs with intensified and deepened breathing then also damages the lungs.
  • the present invention is therefore based on the object of providing devices, methods and computer programs with which the aforementioned problems can at least be reduced.
  • the ventilation method according to the present invention represents a natural form of non-invasive artificial respiration.
  • electromagnetically controlled self-respiration is the only form of ventilation with which natural pressure fluctuations in the chest and abdomen can be ventilated.
  • current 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 help to avoid both too little and too much breathing effort and the complications associated with it.
  • Electromagnetic or electrical respiration can be carried out in the absence of, but also in the presence of, spontaneous respiration, and in this case can be carried out both independently and synchronously with spontaneous respiration. About seven different - divided into three groups - electromagnetic or electrical stimulation patterns can be Depending on the illness and respiratory disorder, the patient's own breathing may be changed, controlled and/or monitored.
  • the object is achieved according to the invention by an electrostimulation 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 a nerve and / or a muscle of the living being are fed and thereby targeted muscle contractions are generated 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 set up to carry out such a method when the computer program is run on a computer.
  • the present invention provides an electrostimulation device for stimulating one or more nerves and/or muscles of a living being with electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals.
  • the electrostimulation device has at least one signal output device through which electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle.
  • the electrical stimulation device also has at least one control device which is set up to control the at least one signal emitting device in such a way that the stimulation signals emitted by the at least one signal emitting device can be used to generate muscle contractions in the living being, through which the breathing of the living being can be specifically influenced.
  • the electrostimulation device has at least one signal output device, by means of which electrically, electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle.
  • the electrical stimulation device also has at least one control device, which is set up to control the at least one signal delivery device in such a way that the stimulation delivered by the at least one signal delivery device onssignals muscle contractions can be generated in the living being, through which the breathing of the living being can be specifically influenced.
  • the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device can be changed in several steps and/or uniformly over the course of a breathing cycle of the living being. This can be achieved, for example, by controlling the electromagnetic field.
  • the control includes varying the amplitude or intensity and the frequency of the electromagnetic or electric field. 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 lungs and diaphragm of the living being.
  • An electromagnetic field generator or electric field generator may include a magnetic stimulator having one or more coils.
  • the field generator generates a sequence of consecutive trains of multiple pulses of the elec romagnetic or electric field.
  • inspiration i.e. inhalation
  • the intensity of the electromagnetic or electrical impulses can be higher than during expiration, i.e. exhalation.
  • expiration the intensity of the electromagnetic or electrical impulses can be essentially zero, which can lead to passive expiration, or maintained at a certain level, which can lead to expiration with some residual level of diaphragm contraction.
  • the transition between inspiration and expiration can be smoothed out and made more physiological by gently increasing or decreasing intensities, e.g. B. by creating ramps.
  • train refers to a sequence of several electromagnetic or electrical pulses.
  • the pulses are typically generated at a frequency of about 15 - 40 Hz.
  • pulse or “pulses” in the context of the invention refers to a comparatively brief provision of the electromagnetic field.
  • a pulse can be applied in the form of a sine wave or other pulse shape.
  • each of the multiple pulses of the trains preferably has an essentially identical pulse time width, which, as mentioned, is comparatively short.
  • the time width or bandwidth of the pulses is preferably in a range from about 150 microseconds to about 300 microseconds.
  • the duration of the train in the inspiration phase, the duration between the trains in the expiration phase and the ramp are adjustable. Typically, the duration of the trains in the inspiration phase is 1-3 seconds; the expiratory phase is 2-5 seconds. Expiration can be passive or stimulated.
  • the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device can be kept at an elevated level during expiration of the living being, at which the muscle contraction generated by stimulation signals is greater than zero, but at least as high is that up to 75% of the inspiratory reserve volume is still in the lungs at the end of expiration.
  • the volume can typically be determined using a flow sensor or a ventilator. Further explanations are given below in the section on stimulation method 2.
  • the breathing of the living being can be controlled or regulated 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. Further explanations are given below in the section on stimulation method 3.
  • the parameters include the intensity and the frequency of the electromagnetic field, and the duration and intensity of the stimulated or non-stimulated inspiration or expiration.
  • a higher intensity of the electromagnetic field can generate a higher flow or more intensive, rapid, faster inhalation through more intensive contraction of the diaphragm.
  • a longer duration of the train can lead to a longer lasting contraction of the diaphragm or a greater sum of the flow over time.
  • the inspired volume can be controlled by adjusting the intensity and duration of the diaphragmatic contraction.
  • the length of the pauses between the inspiration and expiration phase or the length of the expiration phase with less intensity determine the duration of expiration.
  • the intensity during expiration determines the respiratory mean, i.e. PEEP.
  • a deep breath typically has a high tidal volume.
  • the breathing of the living being can be stopped controlled or regulated to a respiratory rate of more than 40 respiratory cycles/minute, e.g. the nerve is stimulated 40 times per minute.
  • the increased respiratory rate may, after a time, reduce to the normal breathing cycles, ie 10 to 12 times per minute.
  • secretion mobilization stimulation secretion mobilization stimulation.
  • more than 60 breathing cycles/minute can be controlled or regulated with this function. For example, 200 to 300 breathing cycles/minute with a low amplitude of muscle stimulation are possible.
  • the breathing of the living being 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, d. H. the volumes of air flowing in 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 a maximum flow rate during exhalation.
  • exhalation can be forced or accelerated or a cough stimulated. Further explanations are given below in the section on 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 breathing cycles can be controlled to predetermined target characteristics of the breathing cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
  • the characteristic data of the respiratory cycles can be regulated to a predetermined target -Respiratory cycle characteristics are performed. Further explanations are given below in the section on stimulation method 4.
  • the target characteristic data can in particular be 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 spontaneous breathing pulses of the living being, in particular synchronized with the spontaneous breathing pulses. In this way, the spontaneous breathing impulse 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 means of 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 respiration impulse sensor can be designed as a nerve impulse sensor, by means of which the nerve impulse signals of the living being controlling the breathing of the living being can be detected.
  • the signal output device for outputting the stimulation signals to form the nerve impulse sensor at the same time.
  • a signal output device can be designed as a coil or coil arrangement.
  • the nerve impulse can also be recorded with a coil or coil arrangement.
  • the intra-abdominal pressure is the pressure in the subject's abdominal cavity.
  • the pressure in the abdominal cavity (“intrabdominal pressure”, IAP) is increased by inhalation and decreased by exhalation.
  • Spontaneous breathing creates pressure gradients between the chest and abdominal cavity.
  • the respiratory muscles can ge, but also cause 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.
  • the intra-abdominal pressure can be specifically influenced. This can, for example, improve blood circulation in certain organs.
  • 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 perfusion 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, as a function of prevailing intra-abdominal pressures that are influenced by breathing. 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 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 a way that is sufficient for a life-sustaining border gas exchange of the living being. This can be achieved, 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 motoneurons, 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 also decreases accordingly during ventilation.
  • the respiratory center reduces its activity after just a few minutes of ventilation. After stopping ventilation, one 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 period of time, after stopping ventilation and complete resumption of spontaneous breathing in healthy living beings, natural, autonomous spontaneous breathing takes place again, which is controlled by the respiratory center.
  • the efferent and also the 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 .
  • conditioning, training, secretion mobilization and coughing, etc. there should also be insufficient breathing to maintain gas exchange with this stimulation method.
  • 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 influence over a large number of breathing cycles carry out the breathing cycles of the living being and then carry out a control or regulation of the characteristic data of the breathing cycles to predetermined target characteristic data of the breathing cycles again over a large number of breathing cycles. Further explanations are given below in the section on stimulation method 6.
  • the at least one signal output device stimulation signals can be adjusted parameters of the output by the at least one signal output device stimulation signals over a variety of Respiratory cycles muscle contractions of the respiratory musculature of the living being are stimulated which are not necessary for the gas exchange of the living being to be carried out by breathing and thereby cause additional muscle training.
  • Targeted muscle training of the respiratory muscles can be carried out here. Further explanations on this 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 affected, 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 to train the respiratory muscles, while the training is designed to be harmless to the respiratory organs, especially to the lung tissue and 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 for this purpose, by means of which continuously measured values of the breathing depth of the living being are recorded. 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 expiration phase of the living being.
  • the stimulation signals can be used to prevent the living being from breathing out completely, ie 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 emission 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 volume flow of the airflow flowing into and/or out of the living being can be adjusted can be variably controlled in the course of a breathing cycle such that the flow control actuator limits or reduces the volume flow in the inspiration phase and/or the expiration phase at least temporarily.
  • 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 first be induced in the breathing cycle.
  • this is Onsmethode 2 is advantageous, for example, in order to thereby open the lungs and accordingly carry out a recruitment stimulation.
  • this can be advantageous, for example, in order to take up a maximum of air volume in the lungs, which is beneficial for cough stimulation because a lot of air is available for generating a high volume flow during exhalation.
  • Cough stimulation can be carried out, for example, by first causing a deep inhalation in the respiratory cycle by appropriately adjusting the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device and then following the deep inhalation by setting parameters of the stimulation signals emitted by the at least one signal output device to evoke 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 up to 1.3 times the inhalation time.
  • 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 breathing of the living being to a respiratory rate of more than 40 respiratory cycles/minute.
  • electromagnetically and/or magnetically generated stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or muscle by the signal output 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 variables.
  • the signals fed into the signal output device for generating the stimulation signals can be alternating voltage or alternating current signals or other pulse-like signal sequences.
  • the signal delivery device can basically be any signal delivery device, or a combination of several signal delivery devices, through which such electrical stimulation signals can be fed into at least one nerve and/or a 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 have implanted electrodes, which are implanted at a corresponding point in the body of the living being and through which the stimulation signals are fed directly into the body.
  • the signal emitting device has signal emitting elements that can be arranged on the outside of the living being and accordingly do not have to be implanted.
  • the signal output elements can have one or more electrical coils, through which electrical signals can be fed inductively 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 comprise electrodes attached to the body of the living being, to be attached to the skin, for example, by which can galvanically couple electrical signals 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, ie without galvanic contact with the living being.
  • the electrostimulation device can be set up for stimulating basically any nerves 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, eg in the brainstem and/or in the cerebrum.
  • the electrical stimulation device can be designed for stimulating one or more of the following nerves: phrenic nerve, one or more intercostal nerves, first, second, third motor neuron, insofar as these can trigger breathing movements.
  • the signal delivery device or its signal delivery elements are designed in such a way that they can be conveniently and safely arranged at the appropriate position of the living being, for example for stimulating the diaphragm in the area near the head of the Phrenic Nerve 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 beforehand .
  • 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 buffered at least temporarily in the control device.
  • additional characteristic data of breathing cycles determined in advance can be stored in a parameter memory in the control device, as described above.
  • the control device can be designed in particular as an electronic control device that has a computer that controls the individual functions of the electrostimulation device.
  • a computer program can be stored in the control device, in which the corresponding functions are programmed and are executed by the computer running the computer program.
  • a computer can be set up to run a computer program, e.g. in the sense of software.
  • the computer can be designed as a commercially available computer, e.g. 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 actually 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 magnitude of the 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. 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 detected using different variables, for example 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 both layers of the pleura. It is therefore the difference between the intrapulmonary and intrapleural pressures, or to put it another way, it is the difference between the alveolar pressure and the 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 respiration can be detected using different quantities, e.g. by detecting 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 a 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 emission device.
  • 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).
  • inhalation phase also called inhalation or inspiration for short
  • exhalation phase also called exhalation or expiration for short
  • IOV inspiratory reserve volume
  • ESV expiratory reserve volume
  • control device can be designed, for example, as functions of a computer program or separate computer programs or computer program modules. Insofar as the functions are executed by the control device, this can automatically execute the corresponding functions.
  • a large number of functions of the electrostimulation device can also be set 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 methods 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 the change the strength of the stimulation signals emitted by the at least one signal emission device, and a computer program for carrying out such a method.
  • 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 pulse, respiratory rate, tidal volume, respiratory rate, exhalation and inhalation levels can be recorded for this purpose.
  • the monitoring can also differentiate between chest and abdominal breathing and record them separately.
  • Parameters that indicate the transitions between intensified and relaxed breathing and thus an increase in the drive to breathe 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 (quotient of tidal volume and inspiration time) and pressure fluctuations in the esophagus in a certain range of e.g. 4 up to 8 mbar or the extent of transdiaphragmatic pressure fluctuations.
  • the spontaneous, electrical activity of the phrenic nerve can also be recorded electromagnetically with an electroneurogram (ENG), for example, and used for feedback.
  • ENG electroneurogram
  • the electrical, spontaneous phrenic nerve activity represents 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.
  • artifacts 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, ie does not exceed 8% of the maximum activity.
  • devices that are directly coupled to one another can also enable filtering of the electromagnetic signals.
  • 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, the diaphragmatic force can decrease, although the electrical muscle stimulation increases. Therefore, monitoring the force of the diaphragm is particularly advantageous for the feedback to control the training stimulations.
  • ultrasonic measurements of movements and thickening of the diaphragm can give an indirect indication of diaphragm force.
  • the diaphragmatic force is recorded indirectly via pressure fluctuations between the chest and abdomen.
  • the phrenic nerve is stimulated with a standard electromagnetic stimulus and the resulting transdiaphragmatic paint pressure fluctuations measured via a balloon catheter in the esophagus and stomach. From this, the diaphragm force can be determined.
  • 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 expiration. This activity, known as “expiratory braking”, slows the exhalation and stabilizes the lungs. This natural diaphragm activity in the 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 gas exchange disorders, but also increasing respiratory insufficiency with increased respiratory drive and 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).
  • both muscle strength and muscle mass of the respiratory muscles are maintained and trained, which is particularly important during conventional ventilation and especially during flow-controlled ventilation (FCV) (see below Training stimulation, stimulation method 7.1.).
  • FCV flow-controlled ventilation
  • the stimulation method 2 causes isolated, deep sighs in combination with a prevention and/or slowing down (see above) of expiration. 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 phase and the exhalation phase can also be set for the recruitment stimulation.
  • the respiratory time ratio can be changed and the time of maximum inspiration can be lengthened and the time of expiration shortened.
  • the end of exhalation can be held at different levels as required (“expiratory hold”) by direct stimulation of the respiratory muscles.
  • 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 during stabilization stimulation as described above for recruitment stimulation. If a stimulation If the exhalation phase is not or only insufficiently possible, complete exhalation can also be prevented by the earlier use of electromagnetic or electrical stimulation of inhalation ("expiratory cut").
  • precise monitoring of the respiration and in particular of the respiratory position is advantageous here in order to be able to precisely determine the correct point in time for inhalation.
  • the stabilization stimulation can also be combined with an optionally dynamically adapted increase in expiration resistance, as a result of which expiration is further slowed down and the lungs can thus be additionally stabilized in the expiration phase.
  • This can be done in combination and synchronously with the stimulation during expiration.
  • the exhalation resistance naturally increases 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, control stimulation).
  • the 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
  • the breathing depth is regulated such that a gentle tidal volume of, for example, 6 ml/kg of ideal weight inhaled 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 not only happens for the following breath, but can already directly control the ongoing stimulation via monitoring and feedback.
  • the current stimulation intensity can be weakened and/or the stimulation duration shortened so that a certain tidal volume of, for example, 6 ml/kg ideal weight and/or a trans- pulmonary 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).
  • Group 2 Breath-related stimulations
  • Control stimulation - stimulation method 4
  • 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.
  • Secretion mobilization stimulation With this stimulation method, secretion can be mobilized from the peripheral to the central airways, e.g. by means of high-frequency, short and fast breaths.
  • Cough stimulation This stimulation method can follow directly after the secretion mobilization stimulation in order to be able to further effectively mobilize mobilized secretion and, above all, also 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 expiratory burst becomes more effective if, as with a natural cough, the exhalation begins against increased airway resistance and the pressure in the lungs can be increased. This brief, synchronized increase in exhalation resistance can be achieved via a 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 breathing impulse. Instead of complete self-breathing control independent of spontaneous breathing, there is partial or full control of natural spontaneous breathing, in which the spontaneous breathing impulse is always taken into account--even if the breathing impulse is weak or non-existent.
  • the spontaneous respiratory impulse should 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.
  • the nerve impulse is recorded by a sensor in the esophagus near the diaphragm, see [4].
  • one's own nerve impulse can also be recorded non-invasively electromagnetically. This can be done either peripherally directly above the stimulation site on the neck - or centrally at the point of origin of the nerve impulse in the brain stem area.
  • the spontaneous breaths can then be changed in a synchronized manner with the modulation stimulation, as under 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.
  • the modulating stimulation as described under stimulation method 2
  • the spontaneous respiratory rate was not changed. However, if the frequency of spontaneous respiration 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 stimulation can be adjusted individually depending on the depth and frequency of spontaneous breathing.
  • a spontaneous breathing rate that is too fast is indirectly slowed down by longer inhalation and/or exhalation phases, and finally a lower rate 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.
  • IAP intra-abdominal pressure
  • 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. Is the intrabdom- If, for example, in the case of intra-abdominal hypertension (IAP > 12 mbar), the pressure increases to such an extent that blood flow to the abdominal organs is impaired, the stimulation can be reduced accordingly, especially during exhalation.
  • IAP intra-abdominal hypertension
  • Conditioning stimulation stimulation method 6 All of the 5 stimulation methods mentioned above can also be used exclusively as conditioning for improved spontaneous breathing. This involves intermittent stimulation with varying stimulation durations, with just a few breaths also being 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 recorded 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.
  • Muscle breakdown and weakening of muscle strength are additionally intensified by the severe course of the disease, in particular by inflammatory processes. 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 respiratory 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.
  • the electromagnetically or electrically stimulated training methods described below are intended to strengthen the respiratory muscles in such a way that muscles are 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.
  • the respiratory muscles can be trained by electromagnetic or electrical stimulation in such a way that 1. degraded respiratory muscles are rebuilt or weakened muscles are strengthened again, 2. muscle breakdown or muscle weakness is prevented and/or 3. muscle build-up occurs before an expected reduction or strengthening occurs before an expected reduction in strength. Accordingly, training can be therapeutic, preventive and/or preemptive:
  • 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 accordingly 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 even with a few stimulations.
  • the training stimulation causes a corresponding training breathing. Therefore, the training patterns are 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 [0152]
  • the following six forms of training stimulation result, which also allow intensive training stimulation without harmful breathing:
  • stimulation method 1 of gentle breathing with low energy transfer to the lung tissue also applies to training stimulation—even if it is only used occasionally and after longer intervals he follows.
  • This stimulation method sudden and potentially harmful breathing movements are avoided by gradually increasing the stimulation pulses during inspiration and gradually decreasing stimulation pulses during expiration, as described above. This is particularly important for intensive and frequent training stimulation (see below 7.2.).
  • the “holding of the breath” both in inhalation and in exhalation can be reinforced by correspondingly longer stimulation times in the respective respiratory 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, in which, 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 consequently dangerous pH shifts are avoided can become.
  • 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 intensive training stimulation means that the duration of use per patient can be significantly reduced, which means that a device can be made available to several patients at short intervals.
  • the breathing depth is also regulated for a training stimulation in this form of training during inhalation in such a way that a gentle tidal volume is breathed in and/or a gentle transpulmonary pressure is exerted. This is particularly important with 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 strength can be increased and yet 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.
  • an increase in the expiration resistance can also shift the respiratory length to inhalation, thereby limiting the tidal 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 that the training stimulation itself could cause damage to the lungs, particularly in the case of frequent stimulation. This is particularly important in the case of spontaneous breathing, since even a small amount of training stimulation in addition to a spontaneous breath can significantly increase the self-breathing that is then induced (see below 7.4. -7.5). 7.4. Training stimulation to avoid self-harm (P-SILI) In addition to the above-mentioned 3 training stimulation patterns, which are intended to minimize or prevent additional damage from the ventilation caused during training, this training pattern is intended to avoid or minimize damage when spontaneous breathing is present.
  • Spontaneous breathing is taken into account in such a way that an additional training stimulus does not induce deep and/or sudden inspirations. 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 can be shifted into inhalation, so that in this training during exhalation, the depth of the spontaneous breaths and thus also self-damaging breathing is limited at the same time.
  • the spontaneous respiration and/or the self-respiration that takes place or is altered by the stimulation must be recorded so that the stimulation can be individually and flexibly adjusted and the spontaneous respiration modulated if necessary (see below 7.5).
  • the modulating training stimulation always takes spontaneous breathing into account and therefore also changes it. In this case, stimulation is provided 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. As described above, exhalation is of particular importance here in order to be able to train intensively and to avoid both too deep, controlled breathing and too deep spontaneous breathing during training. Even when exhausted The tertiary respiratory muscles, in which shallow and rapid breathing eventually occurs, can be trained simultaneously with the modulating stimulation and an improved breathing pattern can be achieved as described above under stimulation method 5. With increasing exhaustion, based on defined limits, an intervention as early as possible should be aimed at 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 “training” or conditioning a specific breathing pattern. If, in addition to training the respiratory muscles, the conditioning of a specific breathing pattern is also to take place, then conditioning training stimulation takes place.
  • training stimulation can be combined with conditioning in such a way that the requirements of appropriately adapted ventilation can also be met.
  • stimulation during expiration with the aid of the "expiratory hold", “braking” and “cut” stimulation patterns (see above and below) can stabilize the lungs, protecting the lungs from excessively high levels Protect tidal volumes, train in conditioning to “hold” the exhalation and at the same time cause intensive training of the respiratory muscles (see also overview of exhalation stimulation).
  • the stimulation during exhalation is of central importance 1. for 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 the 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.
  • the stabilization stimulation can be carried out using three different methods: 1. the “expiratory hold”, 2. the “expiratory braking” and 3. the “expiratory cut”, which can also be combined:
  • the exhalation level 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.
  • FIG. 2 shows the use of an electrostimulation device in connection with positive pressure respiration on a living being
  • Figs. 3 to 5 are timing diagrams of breathing positions; 6 shows the change in the volume of air in the lungs in a respiratory 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 embodiment It was assumed that the phrenic nerve 2 should be stimulated by electromagnetic stimulation.
  • FIG. 1 shows an electrostimulation device 4 which is connected via electrical lines to signal output elements 10, e.g. coils, for feeding magnetic fields into the living being 1.
  • the electrical stimulation device can generate stimulation signals in the living being, 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 electrostimulation device 4 can be designed, for example, as a computer-controlled electrostimulation device. It has a computer 5, a Stimu lation 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 electrostimulation device 4 can be carried out. The computer ner 5 processes the computer program in memory 7. As a result, corresponding stimulation signals are emitted via the stimulation signal generating device 6 to the signal output device 10, through which the desired magnetic fields are generated.
  • the previously described functions for the ventilation of the living being 1 by the stimulation signals or the methods to be carried out by the user can be influenced by the user via the operating elements 8, e.g. by setting parameters of respiratory 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 . 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 fed to the electrostimulation 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 connection to other devices, for example for data exchange with other devices. ten. 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 being 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 can be fed into the respiratory tract of the living being 1 by means of a breathing mask 13 .
  • the breathing mask 13 or the air line 12 can have a defined leakage 14 .
  • Connected to the air line 12 within the ventilator 11 is a pressure sensor 16 and a volume flow sensor 17, such as a pneumotachograph.
  • the ventilator 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 predetermined algorithms in order to generate desired volume flow profiles and/or pressure profiles 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 electrical stimulation device 4 is supplied via the interface 9 with the corresponding measured values and possibly also with additional values calculated internally in the ventilator 11 via characteristic data of the living being's breathing cycles.
  • 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 over 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 FIGS. 3 to 5 can be correspondingly controlled or regulated by the electrostimulation device 4 according to the invention and the method according to the invention, i.e. the electrostimulation device feeds corresponding stimulation signals into at least one nerve and/or muscle of the living being 1 , whereby the corresponding muscle contractions of the respiratory muscles are generated, which ultimately result in the respiratory cycles shown.
  • FIGS. 6 and 7 show a breathing cycle in an enlarged representation.
  • 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 apex according to FIG. 6 and ends at the upper apex.
  • 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 compared 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.
  • FIG. 8 shows an electromagnetic field with trains for stimulation in the inspiration phase, the increase in the train being ramp-shaped.
  • Each of the trains includes impulses, a series of impulses that increase in intensity from a minimum value to a predefined value. This enables a non-invasive or gentle start of the stimulation since the impulses do not immediately stimulate the nerve with the predefined value.
  • FIG. 9 shows an electromagnetic field with trains for stimulation in the inspiration phase, with not only the increase but also the descent of the train being ramp-shaped. This enables not only a non-invasive and gentle start, but also a gentle end to the stimulation.
  • FIG. 10 shows an electromagnetic field with trains for stimulation in the inspiration phase as shown in FIG.
  • the impulses between the trains are at a reduced intensity, which also supports exhalation through relaxation. This support is particularly helpful for sick patients so that their lungs do not contract completely when they exhale, which can prevent the lungs from "gluing together”.
  • the present disclosure also includes embodiments with any combination of features that are mentioned or shown above or below for different embodiments. It also includes individual features in the figures, even if they are shown there in connection with other features and/or are not mentioned above or below.
  • the alternatives of embodiments described in the figures and the description and individual alternatives their features can also be excluded from the subject matter of the invention or from the disclosed objects.
  • the disclosure includes embodiments that exclusively include the features described in the claims or in the exemplary embodiments, as well as those that include other additional features.
  • a computer program may be stored and/or distributed on any suitable medium, such as an optical storage medium or a fixed medium provided together with or as part of other hardware. It may also be distributed in other forms, such as over the Internet or other wired or wireless telecommunications systems.
  • a computer program can be, for example, a computer program product stored on a computer-readable medium, which is designed to be executed in order to implement a method, in particular the method according to the invention. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrostimulationsvorrichtung zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrischen Signalen, mit folgenden Merkmalen: a) die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung, durch die elektrische Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel 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 Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugbar sind, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist.

Description

Anmelder: Stimit AG
BESCHREIBUNG
STIMULATIONSMETHODEN FÜR EINE ELEKTROMAGNETISCH ODER ELEKTRISCH KONTROLLIERTE EIGENATMUNG
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Elektrostimulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrischen Signalen.
Stand der Technik Grundlagen der Beatmung
[0002] Die Atmung erfolgt zur Erhaltung des Gasaustausches, also für eine lebenser haltende Sauerstoffversorgung mit gleichzeitiger Ausatmung von Kohlendioxid.
[0003] Je nach Art und Schweregrad der Erkrankung erfolgt eine Beatmungstherapie mit einer unterstützenden bis vollständig maschinellen Einatmung und einer Verhinde rung der Ausatmung. Hierbei wird bei einer Erschöpfung der Atempumpe die Atemmus kulatur während der Einatmung entlastet oder bei Gasaustauschstörungen durch Ver hinderung 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.
[0004] Wird im Krankheitsverlauf die Ausatmung nicht ausreichend und rechtzeitig verhindert, entstehen im Rahmen einer ausgeprägten Lungenschädigung oder ARDS („Acute Respiratory Distress Syndrome“) sehr ausgeprägte Gasaustauschstörungen. Die dann erforderliche, deutlich erhöhte Atemarbeit kann schließlich nicht mehr von der Atemmuskulatur kompensiert werden. Es entwickelt sich bei zunehmender Erschöpfung eine Atem Insuffizienz, die Atmung wird schneller und flacher. Jetzt sollte nun kombiniert sowohl die Einatmung als auch die Ausatmung durch die Beatmung behandelt werden. [0005] Die Beatmung kann synchronisiert die eigene Spontanatmung unterstützen oder kontrolliert unabhängig von der Eigenatmung erfolgen. Bei der kontrollierten Beat mung werden die Atemfrequenz, das Atemzugvolumen oder der Beatmungsdruck kon- trolliert 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.
[0006] 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 Ventilati on“. 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 sollte. 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 umschließt.
Grundlagen der Atemwegssicherung
[0007] Eine Atemwegssicherung mit einem Tubus erfolgt bei fehlenden Schutzreflexen beispielsweise 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 Pati enten toleriert wird oder erfolglos bleibt. Sobald bei zunehmender Lungenschädigung hohe Beatmungsdrücke und hohe Sauerstoffanteile benötigt werden, wird ab einer be stimmten Grenze NIV Positivdruckbeamtung zu unsicher und sogar sehr gefährlich. Be reits das Verrutschen einer Maske, die Abnahme eines Helmes oder eine notwendige NIV Unterbrechung zur Intubation mit aktuellen Techniken können dann zu einem unzu reichendem Gasaustausch mit lebensbedrohlichem Sauerstoffmangel führen.
[0008] Eine Zwischenstufe der Atemwegssicherung stellen die sogenannten „suprag lottischen 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 um schlossen 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 Ver gleich 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 teilweise oder ganz verschließende Stimmritze, den Kehlkopfdeckel oder eine verrutschende SGA verlegt werden, wodurch besonders bei hohem Sauerstoffbedarf der Patient ebenfalls lebens bedrohlich gefährdet ist.
Grundlagen der Lungenschädigung
[0009] Bei einer ausgeprägte Lungenschädigung oder ARDS ist besonders die Aus atmung von Bedeutung, da hier vor allem folgende krankhaften Veränderungen vorlie gen: Gasaustauschfläche geht durch kollabierende Lungenareale verloren, weil durch eine vermehrte Durchlässigkeit zwischen Blutkapillaren und Lungenbläschen und/oder auch durch Virusbefall der Lungenzellen die dort oberflächenaktive Substanz „Surfactant“ nicht mehr die Lungenbläschen bei der Ausatmung stabilisieren kann. Kol labierte, nicht belüftete Lungenareale werden aber weiter durchblutet, es wird weniger Sauerstoff aufgenommen und trotz Sauerstoffgabe entwickelt sich ein lebensbedrohli cher Sauerstoffmangel. Das erkannten 1967 bereits die Erstbeschreiber des ARDS und sie erkannten auch, wie sie mit Beatmung dem Kollaps bei der Ausatmung entgegen wirken konnten: Seitdem versucht man den Kollaps geschädigter Lungenareale durch positiven Beatmungsdruck während der Ausatmung zu verhindern. 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 exspiratorische Reservevolumen (ERV) erhöht und das inspiratorische Reservevolumen (IRV) vermin dert wird (Figuren 3 bis 5).
Aktuelle Lage und Problemstellung
[0010] Eine zunehmende Invasivität der Behandlungsmethoden hatte mehr therapie bedingte, unerwünschten Wirkungen und Komplikationen zur Folge, so dass aktuell Lunge, Atmung und andere Organsysteme zusätzlich durch die Therapie selbst erheb lich geschädigt werden. Darüber hinaus wurden die moderneren Therapiemaßnahmen auch immer aufwendiger, komplizierter und fehleranfälliger, wodurch immer mehr hoch spezialisierte Fachkräfte gebraucht wurden. Vor allem deswegen stellt die Intensivme dizin heute den mit Abstand kostenintensivsten Bereich im Gesundheitssystem dar, was in einigen Ländern zu einer Reduktion intensivmedizinischer Kapazitäten und einer ver ringerten Verfügbarkeit von Therapieplätzen führte. Es liegt nahe, dass sich das Mortali tätsrisiko beatmeter Patienten erheblich zwischen verschiedenen Ländern unterschei det. [0011] Zwar gibt es in Deutschland im europäischen Vergleich mit Abstand die meis ten Intensivbetten pro Einwohner, die Versorgungsqualität unterscheidet sich allerdings erheblich. Selbst in Deutschland bestehen große Unterschiede beim Überleben beat- meter Patienten zwischen Kliniken unterschiedlicher Versorgungsstufen: Bei einer aus geprägten Lungenschädigung (ARDS) nehmen die Unterschiede noch deutlich zu und seit über 50 Jahren überleben außerhalb spezialisierter Zentren mindestens die Hälfte der ARDS Patienten die Beatmung nicht. Die Sterblichkeit von beatmeten Patienten ohne ARDS liegt mit 31% in den nicht-universitären Kliniken um 50% höher als in den Universitätskliniken. Bei beatmeten Patienten mit ARDS verdoppelte sich in den nicht universitären Kliniken nicht nur die Sterblichkeit, sondern auch der Sterblichkeitsunter schied im Vergleich zu den Universitätskliniken. Das unabhängige Risiko mit ARDS zu versterben, verdreifachte sich sogar, siehe [1]
[0012] Eines der Hauptprobleme ist die invasive Positivdruckbeatmung über den Luft röhrentubus. Selbst die sogenannte „lungenprotektive Beatmung“ schädigt zusätzlich nicht nur die schon geschädigte Lunge und die Atemmuskulatur, sondern auch andere Organsysteme. 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 Lun ge weiter schädigt, sondern auch andere Organsysteme. Durch den Tubus in der Luft röhre werden zudem ausgeprägte Schutzreflexe aktiviert, wodurch eine Analgosedie- rung zur Abschirmung und Dämpfung erforderlich wird. Das hat zahlreiche Nebenwir kungen und weitere, schwerwiegende Komplikationen zur Folge. So treten oft Überhän ge auf, die die Beatmungsdauer verlängern und dadurch häufiger beatmungsbedingte Komplikationen verursachen. Darüber hinaus kann besonders in Kombination mit der Überdruckbeatmung die Sedierung Kreislauffunktionen ganz erheblich beeinträchtigen, so dass kreislaufstützende Medikamente kontinuierlich zugeführt werden sollen. Diese sogenannten Katecholamine vermindern ihrerseits die Organdurchblutung und können das Versagen mehrerer Organsysteme beschleunigen. Beatmungspflichtige Patienten mit sehr ausgeprägter Lungenschädigung werden häufig in Bauchlage therapiert, wodurch sie eine besonders tiefe Sedierung benötigen.
[0013] Eine Beatmung kann auch ohne Tubus erfolgen. Allerdings kann es dann schwierig sein, diese sogenannte nicht-invasive Beatmung an den Schweregrad der Lungenschädigung effizient genug anzupassen, um kollabierende Lungenareale und zunehmende Atem Insuffizienz zu vermeiden. Der dann auftretende erhöhte Atemantrieb mit verschärfter und vertiefter Atmung schädigt dann ebenfalls zusätzlich die Lunge. Aufgabe der Erfindung
[0014] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Vorrichtungen, Verfahren und Computerprogramme bereitzustellen, mit denen die zuvor erwähnten Probleme zumindest reduziert werden können.
Darstellung der Erfindung
[0015] Unsere Spontanatmung steuern wir ausschließlich selbst - willentlich oder un terbewusst. 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 ausreichende Beatmung über die elektromagnetische Stimulation erzielt werden kann, siehe [2] Auch kann über implantierte Elektroden der Zwerchfellnerv (N. phrenicus) direkt stimuliert werden. Nicht-invasiv ohne implantierte Elektroden ist die elektrische im Gegensatz 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.
[0016] Die Beatmungsmethode nach der vorliegenden Erfindung stellt eine natürliche Form der nicht-invasiven künstlichen Atmung dar. Im Gegensatz zu allen Formen der Positiv- aber auch der Negativdruckbeatmung ist die elektromagnetisch kontrollierte Eigenatmung die einzige Beatmungsform, mit der durch natürliche Druckschwankungen in Brust und Bauch beatmet werden kann. Mit dieser neuen Beatmungsform können zurzeit bestehende Konflikte zwischen lungen- und zwerchfellprotektiver Beatmung auf gelöst werden, da Lunge und Zwerchfell bei der elektromagnetischen Atmung sowohl effektiv als auch schonend beatmet werden können. Durch individuelle Steuerung der Eigenatmung können sowohl zu geringe als auch zu hohe Atemanstrengungen und damit assoziierte Komplikationen vermieden werden.
[0017] Die elektromagnetische oder elektrische Beatmung kann bei fehlender, aber auch bei vorhandener Spontanatmung und hierbei sowohl unabhängig als auch syn chronisiert mit der Spontanatmung erfolgen. Über sieben verschiedene - in drei Grup pen gegliederte - elektromagnetische oder elektrische Stimulationsmuster kann be- darfsgerecht je nach Erkrankung und Atemstörung die Eigenatmung verändert, gesteu ert und/oder kontrolliert werden.
[0018] 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.
[0019] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß 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 Stimulationssignalen, die in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel des Lebewesens eingespeist werden und hierdurch gezielt Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugt werden, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflusst wird. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln eingerichtet zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausge führt wird.
[0020] Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektrostimulationsvorrichtung bereit, zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens bereit mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssignalen [0021] Die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Signalabgabeeinrich tung, durch die elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugte Stimulati onssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel einspeisbar sind. Die Elektrostimulationsvorrichtung hat ferner wenigstens eine Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der wenigstens einen Signalabgabeeinrichtung derart eingerichtet ist, dass durch die von der wenigstens einen Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulati onssignale Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugbar sind, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist.
[0022] Die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Signalabgabeeinrich tung, durch die elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugte Stimulati onssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel einspeisbar sind. Die Elektrostimulationsvorrichtung hat ferner wenigstens eine Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der wenigstens einen Signalabgabeeinrichtung derart eingerichtet ist, dass durch die von der wenigstens einen Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulati- onssignale Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugbar sind, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist.
[0023] Dabei sind insbesondere eine, mehrere oder alle der folgenden Funktionen der Elektrostimulationsvorrichtung und/oder Verfahrensschritte vorgesehen.
[0024] Es kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus des Lebewesens in meh reren Schritten und/oder gleichmäßig verändert werden. Das kann beispielsweise durch die Ansteuerung des elektromagnetischen Feldes erreicht werden. Die Ansteuerung umfasst das Variieren der Amplitude bzw. Intensität und der Frequenz des elektromag netischen oder elektrischen Feldes. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterun gen im Abschnitt Stimulationsmethode 1 angegeben. Die Stimulationssignale können dabei insbesondere mit dem Ziel einer Minimierung des Energieeintrags in das Gewebe von Lunge und Zwerchfell des Lebewesens bestimmt werden.
[0025] Ein elektromagnetischer Feldgenerator oder elektrischer Feldgenerator kann einen Magnetstimulator mit einer oder mehreren Spulen aufweisen. Der Feldgenerator erzeugt eine Folge von aufeinanderfolgenden Trains von mehreren Impulsen des elekt romagnetischen bzw. elektrischen Feldes. Während der Inspiration, d.h. Einatmung, kann die Intensität der elektromagnetischen bzw. elektrischen Impulse höher sein als während der Exspiration, d.h. Ausatmung. Während der Exspiration kann die Intensität der elektromagnetischen bzw. elektrischen Impulse im Wesentlichen Null sein, was zu einer passiven Exspiration führen kann, oder auf einem bestimmten Niveau gehalten werden, was zu einer Exspiration mit einem gewissen Restkontraktionsniveau des Zwerchfells führen kann. Der Übergang zwischen Inspiration und Exspiration kann durch sanft ansteigende oder abfallende Intensitäten geglättet und physiologischer ge staltet werden, z. B. durch das Anlegen von Rampen.
[0026] Der Begriff "Train" bezieht sich im Zusammenhang mit der Erfindung auf eine Abfolge von mehreren elektromagnetischen oder elektrischen Impulsen. Die Impulse werden typischerweise in einer Frequenz von etwa 15 - 40 Hz erzeugt.
[0027] Der Begriff "Impuls" oder "Pulse" im Zusammenhang mit der Erfindung bezieht sich auf eine vergleichsweise kurze Bereitstellung des elektromagnetischen Feldes. Ein Impuls kann in Form einer Sinuswelle oder einer anderen Impulsform angelegt werden. Dabei weist jeder der mehreren Impulse der Trains vorzugsweise eine im Wesentlichen identische Pulszeitbreite auf, die, wie erwähnt, vergleichsweise kurz ist. Insbesondere liegt die zeitliche Breite bzw. Bandbreite der Impulse vorzugsweise in einem Bereich von etwa 150 Mikrosekunden bis etwa 300 Mikrosekunden. Die Dauer des Trains in der Inspirationsphase, die Dauer zwischen den Trains in der Exspirationsphase und die Rampe sind einstellbar. Typischerweise beträgt die Dauer der Trains in der Inspirati onsphase 1-3 Sekunden; die Exspirationsphase beträgt 2-5 Sekunden. Die Exspiration kann passiv oder stimuliert sein.
[0028] Um die Ausatmung zumindest teilweise zu verhindern, kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale während 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. Die Volumina kann typischerweise mit Hilfe von einem Strömungssensor oder von einem Beatmungsgerät ermittelt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Sti mulationsmethode 2 angegeben.
[0029] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung 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.
[0030] Die Parameter umfasst die Intensität und die Frequenz des elektromagneti schen Felds, und die Dauer und Intensität der stimulierten oder nicht-stimulierten Inspi- rations- bzw. Exspiration.
[0031] Eine höhere Intensität des elektromagnetischen Felds kann dabei höheren Fluss bzw. intensivere, zügigere, schnellere Einatmung durch intensivere Kontraktion des Zwerchfells erzeugen. Eine längere Dauer des Trains kann zu einer länger andau ernden Kontraktion des Zwerchfells bzw. größerer Summe des Flusses über die Zeit führen. Mit anderen Worten kann das eingeatmete Volumen durch Einstellen der Inten sität und der Dauer der Zwerchfellkontraktion gesteuert werden. Die Länge der Pausen zwischen der Inspiration und Exspirationsphase bzw. die Länge der Exspirationsphase mit weniger Intensität bestimmen die Dauer der Ausatmung. Die Intensität während der Exspiration bestimmt die Atemmittellage, d.h. PEEP. Ein tiefer Atemzug hat typischer weise ein hohes Atemvolumen.
[0032] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt werden, z.B. der Nerv wird 40-mal pro Minuten stimuliert. Hierdurch kann eine Sekret mobilisationsstimulation durchgeführt werden. Die erhöhte Atemfrequenz kann nach einer Zeit zu den normalen Atemzyklen, d.h. 10- bis 12-mal pro Minuten, reduziert. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4, Sekretmobilisationsstimulation angegeben. Bei dieser Funktion können insbesondere mehr als 60 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt werden. Möglich sind z.B. 200 bis 300 Atemzyklen/Minute mit geringer Amplitude der Muskelstimulation.
[0033] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung 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 Luft volumina sind ungenügend. Hierdurch kann zum Beispiel eine Sekretmobilisation stimu liert werden oder ein Training der Atemmuskulatur erfolgen.
[0034] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die vollständige Ausatmung verhindert werden, indem die Ausatmungsdauer (Dauer der Expirationsphase) des Le bewesens auf das 0,2 bis 1,3 fache der Einatmungsdauer (Dauer der Inspirationspha se) verkürzt wird. Zusätzlich kann die Stärke der Stimulationssignale im Vergleich zu normalen Atemzyklen erhöht werden, um einen maximalen Volumenstrom beim Ausat men zu erzeugen. Hierdurch kann eine Ausatmung forciert bzw. beschleunigt oder eine Hustenstimulation durchgeführt werden Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläute rungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4, Hustenstimulation angegeben. Die hierfür als Referenz verwendete Dauer der Inspirationsphase kann z.B. die Dauer der Inspira tionsphase desselben Atemzyklus sein, oder ein Mittelwert der Dauer von mehreren vorangegangenen Inspirationsphasen oder ein für das jeweilige Lebewesen ermittelter typischer Wert der Dauer der Inspirationsphase.
[0035] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Steuerung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchgeführt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4 angegeben. [0036] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von aktuellen Messwerten von Kenndaten der Atemzyklen des Lebewesens, die z.B. mittels wenigs tens eines Sensors fortlaufend ermittelt werden, eine Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchgeführt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4 angegeben.
[0037] Für beide der zuvor genannten Funktionen gilt, dass die Ziel-Kenndaten dabei insbesondere solche Kenndaten sein können, die eine Schädigung der Lunge vermei den. Insbesondere kann hierdurch ein selbstschädigendes Atmungsmuster des Lebe wesens 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.
[0038]
[0039] Es können Parameter der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von aktuellen Messwerten der Spon tanatmungsimpulse des Lebewesens, insbesondere synchronisiert auf die Spontanat mungsimpulse, verändert werden. Auf diese Weise kann der Spontanatmungsimpuls des Lebewesens blockiert oder verändert werden. Die Messwerte können durch we nigstens einen Spontanatmungsimpuls-Sensor, durch den die Spontanatmungsimpulse des Lebewesens erfassbar sind, fortlaufend ermittelt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 5 angegeben. Der Spon- tanatmungsimpuls-Sensor kann als Nervenimpuls-Sensor ausgebildet sein, durch den die Atmung des Lebewesens steuernde Nervenimpuls-Signale des Lebewesens erfass bar sind. Es ist auch möglich, zum Beispiel im Falle der elektromagnetischen Stimulati on, dass die Signalabgabeeinrichtung zur Abgabe der Stimulationssignale zugleich den Nervenimpuls-Sensor bildet. Beispielsweise kann eine solche Signalabgabeeinrichtung als Spule oder Spulenanordnung ausgebildet sein. Mit einer Spule oder Spulenanord nung kann auch der Nervenimpuls erfasst werden.
[0040] Der intraabdominale Druck ist der Druck in der Bauchhöhle des Lebewesens. [0041] Durch die Einatmung wird der Druck in der Bauchhöhle („intrabdominal pres sure“, IAP) erhöht und durch die Ausatmung erniedrigt. So entstehen bei der Spontan atmung Druckgefälle zwischen Brust- und Bauchraum. Die Atemmuskulatur kann gehn- ge, aber auch verstärkte Druckschwankungen in der Bauchhöhle hervorrufen. Diese Druckschwankungen beeinflussen die Funktionen der Bauchorgane.
[0042] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung 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 intraabdominale Druck beeinflusst werden. Hierdurch kann zum Beispiel eine Verbesserung der Durch blutung 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 kön nen natürliche, aber auch verstärkte Druckschwankungen in der Bauchhöhle hervorge rufen werden, die die Funktionen der Bauchorgane - wie z.B. Darmmotilität und andere Darmfunktionen, Organdurchblutung oder Lymphdrainage - günstig beeinflussen. Das kann entscheidend zur Verbesserung der Prognose beitragen. So kann beispielsweise je nach vorherrschenden und durch die Zwerchfellkontraktionen hervorgerufenen intra abdominellen Drücke Tiefe und Dauer der Einatmung, aber auch Niveau und Dauer der Ausatmung gezielt gesteuert werden.
[0043] 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 entsprechend die Stimulation in der Ein- aber auch in der Ausatmung verringert werden.
[0044] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine gezielte Anregung der Atemnerven und/oder des Atemzentrums durchgeführt werden. Hierdurch werden nur gezielt 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 lebenserhal tenden Gasaustausch des Lebewesens ausreicht. Dies kann zum Beispiel dadurch rea lisiert 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. [0045] Eine Beatmung reduziert die Atemarbeit der Atemmuskulatur. Die Atembewe gungen erfolgen bei Beatmung passiv, die Aktivität der Atemnerven geht zurück und kann sogar ganz erlöschen. Das trifft sowohl für die efferenten Motoneurone zu, die die Muskulatur ansteuern als auch für die afferenten, sensorischen Nervenbahnen, die das Ausmaß und die Geschwindigkeit der erfolgten Muskelkontraktion und die entsprechen de Positionsänderung erfassen und diess dem Atemzentrum zur Rückkopplung zu rückmelden.
[0046] Neben der Aktivität der efferenten als auch der afferenten Nervenbahnen nimmt bei Beatmung entsprechend auch die Aktivität der Neurone im Atemzentrum im Hirnstammbereich ab. Dabei reduziert das Atemzentrum seine Aktivität bereits nach einer Beatmungszeit von wenigen Minuten. Man kann dann nach Beatmungsstop be wusst - also über die Großhirnrinde - das Atmungszentrum ansteuern, aber das Atmen wird jetzt als anstrengend empfunden, obwohl es das nicht ist. Nach kurzer Zeit erfolgt nach Beatmungsstop und vollständigem Wiedereinsetzen der Spontanatmung bei ge sunden Lebewesen dann wieder eine natürliche, autonome Spontanatmung, die über das Atemzentrum gesteuert wird.
[0047] Mit dieser Stimulationsmethode zur Aktivierung und/oder Erhaltung der Aktivität von Atemnerven und Atemreflexen sollen die efferenten und auch die afferenten Neu rone - 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. sollte bei dieser Stimulationsmethode ebenfalls keine ausreichende Atmung zur Aufrechterhaltung eines Gasaustauschs erfolgen.
[0048] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atem zyklen 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 Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzu führen. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulations methode 6 angegeben.
[0049] Es können durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyklen Muskelkontraktionen der Atemmuskulatur des Lebewesens angeregt wer den, 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 Stimulationsmethode 7, insbesondere 7.1, 7.5, 7.6 angegeben. Bei dieser Art der Stimulation wird die tat sächliche 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 unschädlich für die Atmungsorgane gestaltet wird, insbesondere unschädlich für das Lungengewebe und den Zwerchfellmuskel.
[0050] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atemlage auf einen erhöh ten Wert gesteuert oder geregelt werden und/oder die Atemlage in die Inspirationspha se verschoben werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Ab schnitt Stimulationsmethode 7.2 angegeben.
[0051] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des Lebewesens anhand aktueller Messwerte der Atemtiefe auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung der Atemtiefe geregelt werden. Hierzu kann ein Atemtiefe- Sensor genutzt werden, durch den fortlaufend Messwerte der Atemtiefe des Lebewe sens erfasst werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 3 und 7.3 angegeben.
[0052] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Begrenzung der Atemtiefe und/oder des Volumenstroms in der Inspirationsphase auf einen vorbestimmten Maxi malwert durchgeführt werden. Hierzu sind nachfolgend noch weitere Erläuterungen im Abschnitt Stimulationsmethode 4 und 7.4 angegeben.
[0053] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale der Volumenstrom in der Ex spirationsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt werden und/oder ge genüber dem mittleren intrinsischen Volumenstrom des Lebewesens in der Exspirati onsphase verringert werden. [0054] Es kann durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Sig nalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Dauer der Exspirations phase gegenüber der mittleren intrinsischen Dauer der Exspirationsphase des Lebewe sens verringert werden. Insbesondere kann mittels der Stimulationssignale eine voll ständige Ausatmung des Lebewesens verhindert werden, d. h. zumindest eine gewisse Restluftmenge in der Lunge behalten werden.
[0055] Es kann die Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus in der Inspirationsphase erhöht und in der Exspirationsphase wieder verringert werden. Hierdurch kann der Energieeintrag in das Gewebe des Lebewesens minimiert werden.
[0056] 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 Durch- fluss-Steueraktuator der Volumenstrom in der Inspirationsphase und/oder der Exspirati onsphase zumindest temporär begrenzt oder verringert wird. Der Durchfluss- Steueraktuator kann z.B. ein elektrisch betätigbares Ventil in einer Atemmaske oder einem Schlauch aufweisen. Der Durchfluss-Steueraktuator kann ein elektrischer Aktua tor sein, mit dem der Kehlkopf des Lebewesens stimulierbar ist, z.B. durch elektromag netische Kehlkopfstimulation. Hierdurch kann zum Beispiel bei der Ausatmung ein ge wünschter, definierter Widerstand gegenüber dem Ausatmungsluftstrom erzeugt wer den, durch den die Atemwege und die Alveolen offengehalten werden.
[0057] Die Steuereinrichtung kann über eine Schnittstelle mit einem Beatmungsgerät verbindbar 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 Da ten, insbesondere Messwerte zurückgreifen kann, die in dem Beatmungsgerät ohnehin vorhanden sind, wie zum Beispiel Messwerte für Volumenstrom, Atemtiefe und ähnli ches. Dementsprechend sind solche Sensoren dann bei der Elektrostimulationsvorrich tung nicht notwendig.
[0058] Es kann durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Einatmung in dem Atemzyklus hervorgerufen werden. Dies ist im Falle der Stimulati- onsmethode 2 z.B. vorteilhaft, um hierdurch ein Öffnen der Lunge und dementspre chend 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 Erzeugung eines hohen Volumenstroms bei der Ausatmung zur Verfügung steht.
[0059] Es kann z.B. eine Hustenstimulation durchgeführt werden, indem durch ent sprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrich tung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Einatmung in dem Atemzyk lus hervorgerufen wird und im Anschluss an die tiefe Einatmung durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Sti mulationssignale eine oder mehrere partielle Ausatmungen mit einer im Vergleich zur durchschnittlichen Ausatmung verkürzten Ausatmungsdauer und/oder erhöhten Stärke der Stimulationssignale hervorzurufen, z.B. indem die vollständige Ausatmung verhin dert 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 möglich, im Anschluss an eine tiefe Einatmung durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale mehrere solcher Ausat mungen mit verkürzter Ausatmungsdauer und/oder maximalem Volumenstrom zu er zeugen, ohne dass zwischendurch eine Einatmung erzeugt wird.
[0060] Es ist ferner vorteilhaft, eine solche Hustenstimulation zeitlich unmittelbar im Anschluss an eine Sekretmobilisationsstimulation durchzuführen. Die Sekretmobilisati onsstimulation kann wie erwähnt hervorgerufen werden, indem durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Sti mulationssignale die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute gesteuert oder geregelt wird.
[0061] Es kann durch die abgegebenen Stimulationssignale wahlweise eine reine Brustatmung, eine reine Bauchatmung oder eine Kombination daraus stimuliert werden. Dabei 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 er höhte Aktivierung im Brustbereich mit Verschiebung der Atemlage in die Einatmung und mit anhaltender Ausatmungsverhinderung der Gesamtquerschnitt des Zwerchfells wäh- rend des ganzen Atemzyklus erheblich vergrößert werden. Hierdurch kann nun unab hängig von der Brustatmung viel effektiver mit sehr viel geringeren und somit sowohl für Lunge als auch Zwerchfell sehr viel schonenderen Atembewegungen geatmet werden. [0062] 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 magnetischen Kenngröße und/oder einen Kurzzeitmittelwert einer oder mehrerer sol cher Größen bestimmt sein. Beispielsweise können die in die Signalabgabeeinrichtung eingespeisten Signale zur Erzeugung der Stimulationssignale Wechselspannungs- oder Wechselstromsignale oder sonstige pulsartige Signalfolgen sein.
[0063] Die Signalabgabeeinrichtung kann grundsätzlich eine beliebige Signalabgabe einrichtung sein, oder eine Kombination mehrerer Signalabgabeeinrichtungen, durch die solche elektrischen Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Mus kel 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 Elektroden aufwei sen, die an entsprechender Stelle im Körper des Lebewesens implantiert sind und durch die die Stimulationssignale direkt im Körper eingespeist werden.
[0064] In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalabgabeeinrichtung Signal abgabeelemente auf, die außen am Lebewesen angeordnet werden können und dem entsprechend 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 Signale in den wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel eingespeist werden können. Durch solche Spulen werden Magnetfelder in das Lebewesen eingespeist, die im Kör per 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 Spulenanordnungen gemäß WO 2019/154837 A1 oder WO 2020/079266 A1 eingesetzt werden.
[0065] Die Signalabgabeelemente können auch am Körper des Lebewesens ange brachte 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 Lebewesen, die elektrischen Simulationssignale in das Lebewesen eingespeist werden können. [0066] Die Elektrostimulationsvorrichtung kann zur Stimulation grundsätzlich beliebi ger Nerven, mit denen die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist, eingerich tet sein. Dies schließt auch die Stimulation der Atemhilfsmuskulatur im Halsbereich, aber auch die Stimulation an der Nervenwurzel mit ein, ebenso wie Nerven im Bereich des Gehirns, z.B. im Hirnstamm und/oder im Großhirn. Beispielsweise kann die Elektro stimulationseinrichtung zur Stimulation eines oder mehrerer folgender Nerven ausgebil det sein: Nervus Phrenicus, einer oder mehrerer Nervi Intercostales, erstes, zweites, drittes Motoneuron, soweit diese Atembewegungen auslösen können.
[0067] Für die gewünschte Beeinflussung der Atmung des Lebewesens durch die Sti mulationssignale ist die Signalabgabeeinrichtung beziehungsweise deren Signalabga beelemente 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.
[0068] Die Steuereinrichtung kann beispielsweise in der Art dazu eingerichtet sein, Kenndaten eines oder mehrerer Atemzüge eines Lebewesens zu speichern, indem die Steuereinrichtung einen Parameterspeicher aufweist, in dem typische Kenndaten sol cher Lebewesen oder Kenndaten des individuellen, zu behandelnden Lebewesens vor ab eingespeichert sind. In diesem Fall kann die Elektrostimulationsvorrichtung auch oh ne Messvorrichtung und insbesondere ohne Rückführung gemessener Signale im Sinne eines Regelkreises ausgebildet sein.
[0069] Die Elektrostimulationsvorrichtung kann auch eine Messvorrichtung mit einem oder mehreren Sensoren aufweisen, durch die Kenndaten der Atemzyklen des Lebe wesens zu bestimmten Zeitpunkten oder fortlaufend aktuell erfasst werden und der Steuereinrichtung zugeführt werden. In diesem Fall können die Kenndaten in der Steu ereinrichtung zumindest temporär zwischengespeichert werden. Zusätzlich können in der Steuereinrichtung vorab bestimmte, zusätzliche Kenndaten von Atemzyklen in ei nem Parameterspeicher gespeichert sein, wie zuvor beschrieben. [0070] Die Steuereinrichtung kann insbesondere als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet sein, die einen Rechner hat, durch den die einzelnen Funktionen der Elekt rostimulationsvorrichtung gesteuert werden. In der Steuereinrichtung kann ein Compu terprogramm gespeichert sein, in dem die entsprechenden Funktionen einprogrammiert sind und dadurch ausgeführt werden, dass der Rechner das Computerprogramm aus führt.
[0071] Soweit ein Rechner erwähnt ist, kann dieser dazu eingerichtet sein, ein Com puterprogramm, z.B. im Sinne von Software, auszuführen. Der Rechner kann als han delsüblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombinati on aus solchen Elementen.
[0072] Soweit eine Regelung erwähnt ist, unterscheidet sich eine Regelung von einer Steuerung dadurch, dass eine Regelung eine Rückführung oder Rückkopplung gemes sener 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.
[0073] Soweit der Begriff „Atemtiefe“ verwendet wird, umfasst dieser Begriff die tat sächliche Atemtiefe sowie die scheinbare Atemtiefe des Lebewesens. Die tatsächliche Atemtiefe wird durch die Größe des Atemzugvolumens bestimmt, das bei der Atmung tatsächlich mit der Umgebung ausgetauscht wird. Das Atemzugvolumen ist die Menge an Luft, die je Atemzug eingeatmet und ausgeatmet, also ventiliert wird. Die scheinbare Atemtiefe wird durch die Größe des Atemzugvolumens bestimmt, das aufgrund der Be wegung der Atemmuskulatur erwartungsgemäß auftreten müsste, wenn die Atmung ungehindert durchgeführt werden könnte. In vielen Fällen wird die scheinbare Atemtiefe der tatsächlichen Atemtiefe entsprechen. Sind aber z.B. die Atemwege ganz oder teil weise versperrt und/oder ist die Lunge krankhaft verändert, kann die tatsächliche Atem tiefe auch deutlich von der schein-baren Atemtiefe abweichen.
[0074] 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 pressure“). Die Höhe des Atemzugvolumens hängt von der Höhe des transpulmonalen Druckes ab. Der transpulmonale Druck ist die Druckdifferenz zwischen den mit Luft ge fülltem 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 zwi schen 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 Beatmungssystem er fasst werden. Der Pleuradruck entspricht annäherungsweise dem Druck in der Speise röhre. Der transpulmonale Druck kann zum Beispiel durch Messungen der Drücke im Beatmungssystem und in der Speiseröhre des Lebewesens bestimmt werden. Der transpulmonale Druck ist dann die Differenz Beatmungsdruck minus Speiseröhren druck.
[0075] Die scheinbare Atemtiefe kann anhand unterschiedlicher Größen erfasst wer den, z.B. durch Erfassung der durch Muskelkontraktion ausgelösten Bewegung des Le bewesens, 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 eines Volumenstroms der Atmung erforderlich ist. Die scheinbare Atemtiefe kann daher zu mindest näherungsweise anhand der Stärke der von der wenigstens einen Signalabga beeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale bestimmt werden.
[0076] Der Volumenstrom der Atmung gibt an, wie viel Luftvolumen pro Zeiteinheit vom Lebewesen tatsächlich ein- oder ausgeatmet wird. Ein Atemzyklus umfasst eine Einatmungsphase (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 aus geatmet werden könnte, das expiratorische Reservevolumen (ERV). Die Ruheatmung erfolgt also in einer bestimmten Atemlage zwischen inspiratorischem und expiratori schem Reservevolumen (Figuren 3, 4).
[0077] Wenn bei der Ruheatmung die Ausatmung bei jedem Atemzyklus zumindest teilweise verhindert wird, verschiebt sich die Atemlage in die Einatmung hinein. Hierbei wird das expiratorische Reservevolumen erhöht und das inspiratorische Reservevolu men vermindert (Figur 5). So eine Verschiebung der Atemlage über Ausatmungsverhin derung erfolgt 1. durch Verlangsamung des Atemstromes während der Ausatmung und/oder 2. durch Halten der Ausatmung auf einem bestimmten Niveau und/oder 3. durch Verkürzung der Ausatmungszeit.
[0078] Die nachfolgend beschriebenen Funktionen, die von der Steuereinrichtung ausgeführt werden, können zum Beispiel als Funktionen eines Computerprogramms oder eigene Computerprogramme oder Computerprogramm Module ausgebildet sein. Soweit 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 Steuerein richtung durchgeführt werden können.
[0079] Die Erfindung betrifft daher auch Verfahren zur Stimulation eines oder mehre rer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssignalen mittels einer solchen Elektrosti mulationsvorrichtung, bei der die genannten Funktionen manuell durchgeführt werden, beispielsweise die Veränderung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabga beeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
[0080] In Bezug auf Atemmonitoring, Rückkopplung und Steuerung kann zusätzlich folgendes vorgesehen sein.
[0081] Zur Stimulationssteuerung können verschiedene Überwachungsparameter und Rückkopplungsmechanismen vorgesehen sein. Hierfür können ähnlich wie bei der kon ventionellen Beatmung einer, mehrere oder alle Parameter des Gasaustausches des Lebewesens wie Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe und Atemparameter wie Atemimpuls, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemgeschwindigkeit, Aus- und Eina temniveau erfasst werden. Auch kann das Monitoring Brust- und Bauchatmung unter scheiden und getrennt erfassen.
[0082] 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 Ateman triebes anzeigen. Hierzu gehören beispielsweise der Quotient aus Atemfrequenz und Atemzugvolumen (RSB, „rapid shallow breathing index“), der sog. P0.1 Wert, die Atemstromstärke (Quotient aus Atemzugvolumen und Inspirationszeit) und Druck schwankungen in der Speiseröhre in einem bestimmten Bereich von z.B. 4 bis 8 mbar oder das Ausmaß transdiaphragmaler Druckschwankungen. [0083] Darüber hinaus kann auch die spontane, elektrische Aktivität des Nervus phre- nicus mit einem Elektroneurogramm (ENG) z.B. ebenfalls elektromagnetisch erfasst und zur Rückkopplung herangezogen werden. Die elektrische, spontane Phrenicusakti- vität stellt ein direktes Maß der zentralen neuralen Atemaktivität dar und kann z.B. über die Anzahl der Impulse pro Atemzug, die Impulsfrequenz während des inspiratorischen Spitzenflusses oder der mittleren Aktivität über 0,1 Sekunden erfasst und für Rückkopp lung und Steuerung der Stimulation herangezogen werden.
[0084] Auch können bestimmte elektromyographische Muster auf eine beginnende Erschöpfung 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 Elektromyo graphie der Spontanaktivität in den Stimulationspausen erfolgen. Dahingegen können Artefakte durch die elektromagnetische Stimulation eine Messung erschweren oder unmöglich machen. Hier können spezielle Stimulationsalgorithmen durch festgelegte Pausen eine artefaktfreie Erfassung der Muskelaktivität ermöglichen, welche dann zur Steuerung der weiteren Stimulation verwendet werden kann. Diese Steuerung berück sichtigt, 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 Muskelaktivität auch wäh rend der Stimulation erfolgen, wodurch eine direkte Rückkopplung ermöglicht wird. [0085] Die Beziehung zwischen elektrischer Stimulation und dadurch bewirkter me chanischer 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 Zwerchfell kraft abnehmen, obwohl die elektrische Muskelstimulation zunimmt. Daher ist ein Moni toring der Zwerchfell kraft insbesondere für die Rückkopplung zur Steuerung der Trai ningsstimulationen vorteilhaft. Neben indirekter Parameter wie RSB und P0.1 Wert kön nen Ultraschallmessungen von Bewegungen und Verdickungen des Zwerchfells einen indirekten Hinweis über die Zwerchfellkraft geben. Bei dem seit vielen Jahren verwen deten Standardverfahren wird die Zwerchfellkraft indirekt über Druckschwankungen zwischen 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.
[0086] Weitere vorteilhafte Funktionen und Verfahrensschritte werden nachfolgend detailliert erläutert.
[0087] Gruppe 1: Lungenabhängige Stimulationen
1 ) Lungenschonende Stimulation für eine geringe Energieübertragung
2) Rekruitierungs- und Stabilisierungsstimulation zur Eröffnung kollabier ter Lungenareale und Erhaltung eröffneter Bereiche
3) Lungenprotektive Stimulation zur Steuerung des Atemzugvolumens Gruppe 2: Atembezogene Stimulationen
4) Kontrollstimulation zur Kontrolle einer schädlichen Eigenatmung
5) Modulationsstimulation zur Veränderung der Spontanatmung Gruppe 3: Konditionierungs- und Trainingsstimulationen
6) Konditionierungsstimulation zum Eintrainieren eines verbesserten Atemmusters
7) Trainingsstimulation zum Trainieren der Atemmuskulatur [0088] Gruppe 1: Lungenabhängige Stimulationen
[0089] Lungenschonende Stimulation, Stimulationsmethode 1
[0090] Eine schonende und vor allem energiearme Atmung wird durch ein Muster mit stufenweise 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 Lungenschädigungen minimiert. Das Prinzip orientiert sich an dem Atemmuster der neu entwickelten flusskon trollierten Beatmung (FCV) (3) (s. auch PCT/EP2017/052001).
[0091] 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 synchronisiert 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.
[0092] Das Zwerchfell ist auch während der natürlichen Spontanatmung während der Ausatmung aktiv. Mit dieser „expiratory braking“ genannten Aktivität wird die Ausat mung abgebremst und die Lunge stabilisiert. Diese natürliche Zwerchfellaktivität bei der Ausatmung nimmt bei Erhöhung des expiratorischen Widerstandes ab. Mit dieser lun genschonenden Stimulation wird ebenfalls während der Ausatmungsphase mit abneh mender 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 verstärk tem Atemantrieb mit schädlichem Spontanatmungsmuster vorgebeugt.
[0093] Darüber hinaus wird durch den konditionierenden Effekt dieser Stimulations form dieses schonende Atemmuster eintrainiert (s.u. Konditionierungsstimulation - Sti mulationsmethode 6). Zudem werden sowohl Muskelkraft als auch Muskelmasse der Atemmuskulatur erhalten und trainiert, was besonders während der konventionellen Beatmung und speziell bei der flusskontrollierten Beatmung (FCV) von großer Bedeu tung ist (s.u. Trainingsstimulation, Stimulationsmethode 7.1.).
[0094] Rekrutierungs- und Stabilisierungsstimulation - Stimulationsmethode 2 [0095] Die Stimulationsmethode 2 bewirkt vereinzelte, tiefe Seufzer in Kombination mit einer Verhinderung und/oder Verlangsamung (s.o.) der Ausatmung. Diese Stimulati onsmethode rekruitiert kollabierte Lungenareale und stabilisiert die Lunge mit der Ver hinderung und/oder Verzögerung der Ausatmung. Dadurch wird einem erneuten Kollaps vorgebeugt.
[0096] 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 verändert und die Zeit der maximalen Einatmung verlängert und die Zeit der Ausatmung verkürzt werden.
[0097] Bei der Stabilisierungsstimulation kann das Ende der Ausatmung durch direkte Stimulation der Atemmuskulatur bedarfsgerecht auf verschiedenen Niveaus gehalten werden („expiratory hold“). Wie unter Stimulationsmethode 1 beschrieben kann darüber hinaus die Ausatmungsgeschwindigkeit beispielsweise durch eine abnehmende Intensi tät der Stimulationsimpulse während der Ausatmung verlangsamt werden - ähnlich wie beim oben erwähnten, natürlichen „expiratory braking“. Dem Kollaps von Lungenarea len kann darüber hinaus ebenfalls über die Veränderung des Atemzeitverhältnisses vorgebeugt werden. Durch Veränderung der Stimulationszeiten kann bei der Stabilisie rungsstimulation wie oben bei der Rekrutierungsstimulation beschrieben die Einat mungszeit 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 werden („expiratory cut“). Hierbei ist wie oben bereits erwähnt eine genaue Überwachung der Atmung und insbesondere der Atemlage vorteilhaft, um den richtigen Zeitpunkt für die Einatmung genau festlegen zu können.
[0098] Darüber hinaus kann die Stabilisierungsstimulation auch mit einer optional dy namisch angepassten Erhöhung des Ausatmungswiderstandes kombiniert werden, wodurch zusätzlich die Ausatmung weiter verlangsamt und die Lunge somit in der Aus atmungsphase zusätzlich stabilisiert werden kann. Das kann in Kombination und syn chron zu der Stimulation während der Ausatmung erfolgen. Während der spontanen Ausatmung erfolgt so eine Erhöhung des Ausatmungswiderstandes ganz natürlich durch die Stimmlippen, die sich während der Einatmung wieder öffnen. Durch Erhöhung des Ausatemwiderstandes nimmt die natürliche Zwerchfellaktivität für das „expiratory braking“ ab.
[0099] Durch diese Stimulationsmethode 2 wird auch einer durch vermehrten Lungen kollaps bedingten Erhöhung der Atemarbeit und des Atemantriebes entgegengewirkt und einer damit verbundenen weiteren Lungenschädigung durch eine selbstschädigen de Spontanatmung (s. auch nächste Seite Kontrollstimulation) vorgebeugt. Die Rekru- tierungs- und Stabilisierungsstimulation kann also indirekt eine Erhöhung von Atemar beit und schädlichen Atemanstrengungen, aber auch eine Beatmung mit hohen Atem zugvolumina vermindern oder sogar verhindern.
[0100] Lungenprotektive Stimulation - Stimulationsmethode 3 [0101] Mit der Stimulation während der Einatmung wird die Atemtiefe so reguliert, dass ein schonendes Atemzugvolumen von beispielsweise 6 ml/kg Idealgewicht geat met und/oder ein transpulmonaler Druck von 5 mbar nicht überschritten wird. Dafür kann eine Rückkopplung zwischen der Messung des Atemzugvolumens, des transpul monalen 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 nach folgenden Atemzug, sondern kann bereits über Monitoring- und Rückkopplung die lau fende Stimulation entsprechend direkt steuern. So kann die laufende Stimulationsinten sität abgeschwächt und/oder die Stimulationsdauer verkürzt werden, damit ein be stimmtes Atemzugvolumen von beispielsweise 6 ml/kg Idealgewicht und/oder ein trans- pulmonaler Druck von 5 mbar nicht überschritten wird. Dies ist besonders während der Spontanatmung von großer Bedeutung (s. u. Kontroll- und Modulationsstimulation, Sti mulationsmethoden 4 und 5).
[0102] Darüber hinaus sollte eine ausreichende Beatmung auch bei Krankheitszu ständen mit hoher Kohlendioxidabatmung gewährleistet sein. Neben der Rekrutierung und Erhaltung 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 erwähnte Verhältnis zwischen Ein- und Ausatmung - dem Atemzeitverhältnis - be stimmt, was durch entsprechende Stimulationszeiten eingestellt werden kann.
[0103] Gruppe 2: Atembezogene Stimulationen [0104] Kontrollstimulation - Stimulationsmethode 4
[0105] Durch diese elektromagnetische oder elektrische Stimulationsmethode wird unabhängig von der Spontanatmung eine für die Lunge schonendere kontrollierte Ei genatmung 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 Ateman trieb 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 Lungen aber auch Zwerchfellschädigung durch eine selbstschädigende Spontanatmung wird als patient - seif inflicted lung injury (P-SILI) bezeichnet.
[0106] Mit dieser Stimulationsmethode kann die Eigenatmung so kontrolliert werden, dass eine Überlastung der Atemmuskulatur und ein P-SILI vermindert oder sogar ver hindert werden kann. Die elektromagnetische oder elektrische Stimulation stellt die bis her einzige Methode dar, mit der nicht-invasiv und ohne Medikamente die Eigenatmung unabhängig von der Spontanatmung und dem Patientenwillen kontrolliert und somit auch optimiert werden kann.
[0107] Zur Steuerung dieser Stimulationsmethode können Rückkopplungsmechanis men verwendet werden, die wichtige Merkmale der Spontanatmung und/oder auch der letztendlich zusammen mit der Stimulation erfolgenden Eigenatmung berücksichtigen. Hierbei sind vor allem Atemzugvolumen, transpulmonale Drücke, Atemfrequenz, Atem lage und indirekte Kennzeichen des Atemantriebes von Bedeutung, um individuell und flexibel die Stimulation anpassen zu können. [0108] Sonderform der Kontrollstimulation: Sekretmobilisation und Husten [0109] Diese beiden Stimulationsmethoden der Atemmuskulatur erfolgen ebenfalls unabhängig 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 wer den.
[0110] Sekretmobilisationsstimulation: Mit dieser Stimulationsmethode kann z.B. durch hochfrequente, kurze und schnelle Atemstöße Sekret von den peripheren in die zentra len Atemwege mobilisiert werden.
[0111] Hustenstimulation: Diese Stimulationsmethode kann direkt nach der Sekretmo bilisationsstimulation 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 ef fektiver, 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 Ausatemwiderstandes kann über ei nen synchronisiert erzeugten künstlichen Widerstand und/oder über eine Stimulation der Kehlkopfnerven bewirkte Verengung der Stimmlippen erreicht werden.
[0112] Modulationsstimulation - Stimulationsmethode 5
[0113] Im Unterschied zur Kontrollstimulation (s.o. Stimulationsmethode 4) erfolgt die Modulationsstimulation nicht unabhängig von der Spontanatmung, sondern in Abhän gigkeit 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 immer berücksichtigt wird - selbst wenn der Atemimpuls nur schwach oder gar nicht vorhan den ist.
[0114] Formen der Synchronisation
[0115] Der spontane Atemimpuls sollte also erfasst werden, so dass eine hiermit syn chronisierte elektromagnetische oder elektrische Stimulation erfolgen kann. Die Modula tionsstimulation kann mit Hilfe der Standarderfassungsmethoden für den spontanen Atemimpuls wie Druck-, Flow- oder Temperaturschwankungen im Atemstrom oder Kör persensoren wie sog. Graseby-Kapseln oder Muskelaktivitätssensoren synchronisiert werden. Viel genauer ist allerdings die Synchronisation mit dem eigenen Nervenimpuls, bevor die spontane Einatmung einsetzt: Eine mit dem Nervenimpuls synchronisierte Beatmung wird als neural assistiert oder auch als „neurally adjusted ventilatory assist“ bzw. „NAVA“ bezeichnet. Der Nervenimpuls wird hierbei über einen Sensor in der Spei seröhre in der Nähe des Zwerchfells erfasst, siehe [4]
[0116] Der eigene Nervenimpuls kann allerdings auch nicht-invasiv elektromagnetisch erfasst werden. Dies kann entweder peripher direkt über dem Stimulationsort am Hals erfolgen - oder aber zentral am Entstehungsort des Nervenimpulses im Stammhirnbe reich.
[0117] Modulation des Ausatemniveaus
[0118] Mit der Modulationssstimulation können dann synchronisiert die spontanen Atemzüge 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 er reichen. Je nach Erkrankung und Spontanatmungsmuster kann die modulierende Sti mulation wie unter Stimulationsmethode 2 beschrieben auch nur in der Ausatmungs phase erfolgen, um durch Ausatmungsverhinderung und/oder -Verzögerung auf ver schiedenen Niveaus die Lunge zu stabilisieren.
[0119] Modulation des Atemzugvolumens
[0120] Es kann aber auch bedarfsgerecht und synchronisiert nur in der Einatmungs phase stimuliert werden, um wie unter Stimulationsmethode 2 beschrieben durch einige intermittierende, 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 entsprechen dem Atemzugvolumen erreicht werden. Hierfür ist neben der Erfassung des Atemimpul ses auch wie bei der lungenprotektiven Stimulation beschrieben (s.o. Stimulationsme thode 3) eine Rückkopplung zu den Atemvolumina und/oder den transpulmonalen Drü cken vorteilhaft.
[0121] Auch kann durch „Übernahme“ oder Hemmung des spontanen Nervenimpulses ein zu tiefer Atemzug mit lungenschädigendem, zu großem Atemzugvolumen vermie den werden. So eine Übernahme kann durch gezielte Stimulation des Phrenicusnervs unmittelbar vor dem natürlichen Nervenimpuls erfolgen, so dass der natürliche Impuls während der absoluten Refraktärzeit des Nerven nicht und in der relativen Refraktärzeit nur abgeschwächt weitergeleitet werden kann.
[0122] Wie oben bereits erwähnt kann ein zu großes, spontan geatmetes Atemzugvo lumen 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.
[0123] Modulation der Atemfrequenz
[0124] Bei den bisherigen Stimulationsformen der Modulationsstimulation wurde die spontane Atemfrequenz nicht verändert. Wird die Frequenz der Spontanatmung aller dings zu schnell oder zu langsam, kann sie durch die elektromagnetische oder elektri sche Stimulation direkt und/oder indirekt beeinflusst und gesteuert werden. Die hierbei entstehenden fließenden Übergänge zur kontrollierten Eigenatmung werden durch Er fassung der spontanen Atemfrequenz und entsprechende Rückkopplungsmechanismen reguliert.
[0125] So kann das Ausmaß und die Häufigkeit der Stimulation individuell je nach Tie fe und Häufigkeit der Spontanatmung angepasst werden. Eine zu schnelle Spontana temfrequenz 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.
[0126] Ähnlich wie bei einer konventionellen Back-up-Beatmung wird bei zu langsa mer oder stoppender Atmung die Atemfrequenz direkt mit elektromagnetisch oder elektrisch kontrollierter Eigenatmung erhöht. Nimmt die Atmung langsam z.B. bei zu nehmender Komatiefe ab, kann frühzeitig eine ausreichende Atemfrequenz durch eine entsprechende Stimulationsfrequenz erreicht werden - noch bevor ein unzureichender Gasaustausch mit Sauerstoffmangel durch eine aussetzende Atmung auftritt.
[0127] Modulation in Abhängigkeit der intrabdominellen Drücke [0128] Durch die Einatmung wird der Druck in der Bauchhöhle („intrabdominal pres sure“, IAP) erhöht und durch die Ausatmung erniedrigt. So entstehen wie bei der Spon tanatmung auch durch die Stimulationen natürliche Druckgefälle zwischen Brust- und Bauchraum. Die Stimulationen der Atemmuskulatur können natürliche, aber auch ver stärkte Druckschwankungen in der Bauchhöhle hervorrufen, die die Funktionen der Bauchorgane - wie z.B. Darmmotilität, Organdurchblutung oder Lymphdrainage - be einflussen und entscheidend zur Prognose beatmeter Patienten beitragen.
[0129] 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 entsprechend die Stimulation besonders in der Ausatmung verringert werden.
[0130] Gruppe 3: Konditionierungs- und Trainingsstimulationen [0131] Konditionierungsstimulation - Stimulationsmethode 6 [0132] Alle zuvor genannten 5 Stimulationsmethoden können auch ausschließlich als Konditionierung einer verbesserten Spontanatmung verwendet werden. Hierbei erfolgt eine intermittierende Stimulation mit variierender Stimulationsdauer, wobei auch nur wenige Atemzüge ausreichend sein können. Die Konditionierungsstimulation trainiert ein bestimmtes Spontanatmungsmuster ein - entweder mit einer Modulation der spon tanen Eigenatmung oder als kontrollierte Eigenatmung mit den oben beschriebenen Stimulationsmethoden 1 bis 5.
[0133] Die Konditionierungsstimulation kann durch direkte Rückkopplung gesteuert und intensiviert werden. Die Rückkopplung erfolgt aufgrund erfasster Messwerte der Eigenatmung. Es werden die Art der Atmung, das Niveau der Ausatmung und die Ein atmungstiefe, das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz gemessen und eine dem entsprechend angepasste Konditionierungsstimulation durchgeführt.
[0134] 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 Impul sen von der Atemmuskulatur durch die Stimulation erhalten werden kann.
[0135] In den „Pausen“ ohne Konditionierungsstimulation kann normal spontan geat met werden. Es kann aber auch konventionell beatmet oder eine mit elektromagneti scher oder elektrischer Stimulation assistierte Spontanatmung erfolgen, wobei wiede rum - auch von der Konditionierungsstimulation sich unterscheidende - Eigenateman teile 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 Verände rungen kann dann über Rückkopplungsmechanismen die Art, Häufigkeit, Dauer und vor allem das Intervall der Konditionierungsstimulation individuell angepasst werden.
[0136] Die durch die Konditionierungsstimulation bewirkte Konditionierungsatmung sollte wie die unten beschriebene Trainingsatmung bestimmte Anforderungen erfüllen (s.u.). [0137] Trainingsstimulation - Stimulationsmethode 7
[0138] Der Muskelabbau beginnt während der Positivdruckbeatmung bereits nach we nigen Stunden und die Muskelkraft lässt sogar noch früher rasch und sehr stark nach. So konnte durch Muskelbiopsien bereits nach nur zwei Stunden Beatmung eine Kraft abnahme der isolierten Muskelfasern um ca. 35% nachgewiesen werden [5]
[0139] Muskelabbau und Schwächung der Muskelkraft werden durch das schwere Krankheitsgeschehen, insbesondere durch Entzündungsprozesse zusätzlich verstärkt. 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 Musku latur weiter schwächt und schädigt. Die hohe Atemanstrengung stellt sogar den wich tigsten Faktor für eine Schädigung der Zwerchfellmuskulatur dar. Der Grad zwischen zu geringer und zu hoher Atemanstrengung kann sehr schmal und sowohl inter- 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 entsteht eine Atem Insuffizienz mit oben bereits erwähntem Atmungsmuster. Die Atmung wird schnell, flach und ver schärft, was eine vorgeschädigte Lunge, aber auch die Atemmuskulatur weiter schädigt. Die Beatmungsentwöhnung, die den Hauptanteil der gesamten Beatmungsdauer ein nimmt, wird dementsprechend maßgeblich von der Rückkehr einer für eine ausreichen de Spontanatmung genügende Muskelkraft mit der dafür benötigten, wieder aufgebau ten Muskelmasse bestimmt.
[0140] Die im Folgenden beschriebenen elektromagnetisch oder elektrisch stimulier ten Trainingsmethoden sollen die Atemmuskulatur so stärken, dass Muskulatur aufge baut 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.
[0141] Therapeutische, vorbeugende und präemptive Trainingsformen [0142] Durch elektromagnetische oder elektrische Stimulation kann die Atemmuskula tur 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. [0143] Dementsprechend kann also therapeutisch, vorbeugend und/oder präemptiv trainiert werden:
1) Nach Abbau und/oder Schwächung der Atemmuskulatur durch konventio nelle Beatmung und Krankheitsgeschehen erfolgt eine therapeutische Trainingsstimulation, um Muskulatur wieder aufzubauen und/oder Muskel kraft wieder herzustellen.
2) Während der konventionellen Beatmung und des Krankheitsgeschehens wird einem Muskelabbau und/oder Kraftminderung durch vorbeugende T rainingsstimulation entgegengewirkt.
3) Vor einer erwarteten erhöhten Belastung und/oder einem zu erwartenden Abbau oder Schwächung der Atemmuskulatur durch konventionelle Beat mung oder Krankheitsgeschehen wird Atemmuskulatur und/oder Muskel kraft durch die päemptive Trainingsstimulation aufgebaut.
[0144] Intensität der Trainingsstimulation
[0145] Da die elektromagnetische bzw. elektrische Stimulation eine ausreichende Be atmung bewirkt (1), ist davon auszugehen, dass diese Stimulationsintensität in der Ein atmung 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 verhindern, wenn sie entsprechend häufig beispielsweise während einer konventionellen Beatmung zur Anwendung kommt. Mit einer intensiveren Stimulation lässt sich entsprechend Atemmuskulatur und/oder Muskelkraft aufbauen bzw. ein Muskelabbau und/oder ein Kraftverlust auch mit wenigen Stimulationen effektiver verhindern.
[0146] Für ein Training mit hoher Stimulationsintensität kommt der Stimulation wäh rend der Ausatmung eine besondere Bedeutung zu (s.u.).
[0147] Übergänge für Trainingsstimulationsmuster
[0148] Bei der Trainingsstimulation bestehen sechs fliessende Übergänge zwischen
1) wenigen sehr intensiven und vielen sehr schwachen Trainingsstimulati onen.
2) einer teilweisen oder über den gesamten Atemzyklus erfolgenden Sti mulation.
3) einer mit der Spontanatmung synchronisierten bis zu einer von ihr un abhängigen Stimulation. 4) einer Muskelabbau bzw. Kraftminderung verhindernden und einer den Muskelaufbau bzw. die Krafterhöhung bewirkenden Stimulation.
5) einer Trainings- und einer Konditionierungsstimulation.
6) einer Trainings- und einer Beatmungsstimulation.
[0149] Anforderungen für die Trainingsatmung
[0150] Die Trainingsstimulation bewirkt eine entsprechende Trainingsatmung. Daher orientieren sich die Trainingsmuster ebenfalls an den oben beschriebenen Stimulati onsmethoden 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:
[0151 ] Die Trainingsatmung soll
1) Lunge und Atemmuskulatur nicht oder nur so gering wie möglich zu sätzlich schädigen, sondern im Gegenteil positiv beeinflussen.
2) keine weiteren unerwünschten Wirkungen, wie z.B. Hyperventilation verursachen.
3) die Spontanatmung nicht negativ, sondern - sofern möglich - positiv beeinflussen.
4) nicht oder nur so wenig wie möglich als unangenehm empfunden wer den.
[0152] Elektromagnetische oder elektrische Trainingsmethoden [0153] Somit ergeben sich entsprechend der oben beschriebenen Stimulationsmetho den 1 bis 6 folgende sechs Formen der Trainingsstimulation, die auch eine intensive Trainingsstimulation ohne schädliche Atmung ermöglichen:
7.1. Lungenschonende Trainingsstimulation
7.2. Intensive Trainingsstimulation
7.3. Lungenprotektive Trainingsstimulation
7.4. Selbstschädigung (P-SILI) vermeidende Trainingsstimulation
7.5. Modulierende Trainingsstimulation
7.6. Konditionierende Trainingsstimulation
[0154] 7.1. Lungenschonende Trainingsstimulation
[0155] Das bei Stimulationsmethode 1 beschriebene Prinzip einer schonenden At mung mit geringer Energieübertragung auf das Lungengewebe gilt auch für die Trai ningsstimulation - auch dann, wenn sie nur vereinzelt und nach längeren Intervallen erfolgt. Mit dieser Stimulationsmethode werden plötzliche und potentiell schädliche Atembewegungen wie oben beschrieben durch eine stufenweise Zunahme der Stimula tionsimpulse bei der Einatmung und stufenweise abnehmende Stimulationsimpulse bei der Ausatmung vermieden. Das ist besonders für intensive und häufige Trainingsstimu lationen von großer Bedeutung (s.u. 7.2.).
[0156] 7.2. Intensive Trainingsstimulation
[0157] Mit dieser Methode kann schneller Muskelaufbau bzw. Kraftzuwachs erreicht und/oder 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 Verschie bung der Atemlage in die Einatmung mit Verhinderung der Ausatmung erreicht. Insbe sondere das Halten der Ausatmung auf einem bestimmten Niveau („expiratory hold“) erfordert eine erhöhte Muskelanstrengung. Ohne eine intensive Atmung zu bewirken, kann so gleichzeitig eine sehr intensive Trainingsstimulation mit ausgeprägten Kontrak tionen der Atemmuskulatur sowohl in der Ein- als auch in der Ausatmungsphase erfol gen.
[0158] Hierbei kann das „Halten der Atmung“ sowohl in der Ein- als auch in der Aus atmung durch entsprechend verlängerte Stimulationszeiten in den jeweiligen Atemzyk len 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.
[0159] 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.
[0160] Ist eine Stimulation in der Ausatmungsphase nicht oder nur unzureichend mög lich, so können auch durch Pausen, die über Rückkopplungen gesteuert werden kön nen, 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. [0161] Durch die intensive Trainingsstimulation kann die Anwendungsdauer pro Pati ent deutlich verkürzt werden, wodurch ein Gerät in kurzen Abständen mehreren Patien ten zur Verfügung gestellt werden kann.
[0162] Entscheidend ist bei diesem Intensivtraining, dass trotz einer ausgeprägten Stimulation mit entsprechend starken Kontraktionen der Atemmuskulatur keine vertiefte Atmung mit plötzlichen Atembewegungen (s.o. 7.1 ) und/oder großen Atemzugvolumina (s.u. 7.3.) und/oder großen transpulmonalen Drücken bewirkt wird.
[0163] 7.3. Lungen protektive Trainingsstimulation
[0164] Wie oben unter Stimulationsmethode 3 beschrieben wird auch für eine Trai ningsstimulation die Atemtiefe bei dieser Trainingsform während der Einatmung so re guliert, dass ein schonendes Atemzugvolumen dabei geatmet und/oder eine schonen der transpulmonaler Druck ausgeübt wird. Das ist besonders bei häufigen Trainingssti mulationen 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.).
[0165] So kann die Stimulationsstärke erhöht werden und trotzdem wird gleichzeitig ein lungenprotektives 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 Wechselwir kung zwischen Atemlage und Atemzugvolumen eine intensive Trainingsstimulation oh ne schädliche Atmung ermöglicht werden.
[0166] Darüber hinaus kann in begrenztem Umfang auch durch eine Erhöhung des Ausatemwiderstandes die Atem läge in die Einatmung verschoben und dadurch das Atemzugvolumen begrenzt werden. Das kann in Kombination und synchron zu der Sti mulation während der Ausatmung erfolgen.
[0167] Allerdings kann auch bei geringer Stimulationsstärke ein hohes Atemzugvolu men erreicht werden. Auch unabhängig von der Atem läge verhindert die lungenprotekti ve Trainingsstimulation, dass bereits bei einer geringen Stimulationstärke eine schädli che Atmung mit großen Atemzugvolumina bewirkt wird; hierdurch wird ausgeschlossen, dass insbesondere bei häufigen Stimulationen eine lungenschädigende Wirkung durch die Trainingsstimulation selbst hervorgerufen wird. Das ist insbesondere bei Spontan atmung von Bedeutung, denn hierbei kann selbst eine geringe Trainingsstimulation zu sätzlich zu einem spontanen Atemzug die dann hervorgerufene Eigenatmung erheblich verstärken (s.u. 7.4. -7.5). [0168] 7.4. Selbstschädigung (P-SILI) vermeidende Trainingsstimulation [0169] 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 Spontanatmung vermeiden oder minimieren.
[0170] Die Spontanatmung wird so berücksichtigt, dass eine zusätzliche Trainingssti mulation keine tiefen und/oder plötzlichen Einatmungen hervorruft. Das ist insbesonde re bei häufigen Wiederholungen von Bedeutung und kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden. Entweder wird während der Einatmung nicht oder nur so wenig stimu liert, dass ein bestimmtes Atemzugvolumen nicht überschritten wird, oder die Einat mung wird entsprechend moduliert.
[0171] In einem weiteren Muster kann durch die unter Stimulationsmethode 2 und auch unter 7.2. beschriebene Ausatmungsverhinderung die Atemlage in die Einatmung verschoben werden, so dass bei diesem Training während der Ausatmung gleichzeitig die Tiefe der spontanen Atemzüge und somit auch eine selbstschädigende Atmung be grenzt wird.
[0172] Entsprechend muss die Spontanatmung und/oder die durch die Stimulation erfolgende oder veränderte Eigenatmung erfasst werden, so dass die Stimulation indi viduell und flexibel angepasst und bei Bedarf die Spontanatmung moduliert werden kann (s.u. 7.5).
[0173] 7.5. Modulierende Trainingsstimulation
[0174] Schließlich ergeben sich fliessende Übergänge mit unterschiedlichen Kombina tionen 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 wer den, so dass sowohl die Erfordernisse an die Eigenatmung als auch des erwünschten Trainingseffektes erfüllt werden können.
[0175] Die modulierende Trainingsstimulation berücksichtigt immer die Spontanat mung und verändert sie daher auch. Hierbei wird über den gesamten Atemzyklus oder nur teilweise 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 Bedeutung zu, um intensiv trainieren zu können und sowohl eine zu tiefe, kontrollierte Eigenatmung als auch eine zu tiefe Spontanatmung beim Training zu vermeiden. Selbst bei erschöpf- ter Atemmuskulatur, bei der schließlich eine flache und schnelle Atmung auftritt, kann mit der modulierenden Stimulation gleichzeitig trainiert und hierbei wie oben unter Sti mulationsmethode 5 beschrieben ein verbessertes Atemmuster erreicht werden. Hierbei ist bei zunehmender Erschöpfung anhand festgelegter Grenzen eine möglichst frühzei tige Intervention anzustreben, um die erschöpfte Atemmuskulatur zu entlasten. Falls bei ausgeprägter Erschöpfung eine Entlastung der Atemmuskulatur durch Beatmung erfor derlich werden sollte, kann hierbei frühzeitig eine vorbeugende Trainingsstimulation den Muskelabbau begrenzen oder sogar verhindern.
[0176] 7.6. Konditionierende Trainingsstimulation
[0177] Die oben unter Stimulationsmethode 6 beschriebene konditionierende Stimula tion stellt auch eine Form der Trainingsstimulation dar. Das Ziel der Konditionierungs stimulation 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 Konditionie rung eines bestimmten Atemmusters erfolgen soll, dann erfolgt eine konditionierende Trainingsstimulation.
[0178] Kombinierende Stimulationsfunktionen
[0179] 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.
[0180] So kann beispielsweise bei einer hypoxämischen Lungenschädigung im Rah men eines ARDS die Stimulation während der Ausatmung mit Hilfe der „expiratory hold“, „braking“ und „cut“ Stimulationsmuster (s.o. und s.u.) die Lunge stabilisieren, lun genprotektiv vor zu hohen Atemzugvolumina schützen, konditionierend das „Halten“ der Ausatmung eintrainieren und zugleich ein intensives Training der Atemmuskulatur be wirken (s. a. Übersicht zur Ausatmungsstimulation).
[0181 ] Übersicht zur Ausatmungsstimulation
[0182] 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 zent raler Bedeutung.
[0183] 1. Lungenstabilisierung [0184] Die Stabilisierungsstimulation beugt einem Kollaps der Lunge mit entsprechen den Gasaustauschstörungen vor und beugt darüber hinaus auch einer schädlichen Kol- laps-Rekruitmentbeatmung, einer Überdehnung der belüfteten Lunge, einer Erhöhung von Atemarbeit, Atemanstrengungen, P-SILI und schließlich einer Erschöpfung vor. Die Stabilisierungsstimulation kann über drei verschiedene Methoden erfolgen: 1. dem „ex- piratory hold“, 2. dem „expiratory braking“ und 3. dem „expiratory cut“, die auch kombi nierbar sind:
1) Expiratory hold: Verhinderung des vollständigen Ausatmens durch Hal ten der Ausatmung.
2) Expiratory braking: Abbremsung der Ausatmung durch abnehmende Stimulationsintensität.
3) Expiratory cut: Verkürzung der Ausatmungsdauer.
[0185] Insbesondere durch das Halten der Ausatmung, aber auch durch die Art der Abbremsung und indirekt durch Verkürzung der Ausatmungszeit wird schließlich das Ausatmungsniveau bestimmt. Im Gegensatz zur Positivdruckbeatmung gibt es hierbei keine unnatürliche Druckerhöhung in der Lunge, aber auch keine unnatürlichen Druck minderungen im Bauchraum wie bei der Negativdruckbeatmung.
[0186] 2. Lungenprotektion
[0187] Je mehr Luft in der Ausatmung gehalten wird, umso mehr verschiebt sich die Atemlage 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 mechanisch bedingt nicht erreicht werden. Das betrifft 1. die Spontanatmung, 2. die elektromagne tisch oder elektrisch kontrollierte Eigenatmung, 3. die elektromagnetische oder elektri sche Trainingsatmung, aber auch 4. sogar die konventionelle Beatmung. Somit ermög licht allein schon die Stimulation in der Ausatmung eine schädliche Spontanatmung, aber auch eine schädliche elektromagnetische bzw. elektrische, aber auch eine konven tionelle Beatmung mit großen Atemzugvolumina zu begrenzen.
[0188] 3. Konditionierung
[0189] Die Konditionierungsstimulation unterstützt gezielt das Einüben der verschie denen Ausatmungsmethoden, um so eine bestimmte Ausatmungstechnik für die darauf folgende Spontanatmung effektiver zu erlernen.
[0190] 4. Training [0191] Die Stimulation in der Ausatmung ermöglicht ein intensives Training der Atem muskulatur 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 in tensiver Muskelaktivität der Atemmuskulatur nur wenig geatmet wird. Flierdurch wird eine ausgeprägte Trainingsatmung, aber auch eine schädliche Spontanatmung wäh rend des Trainings und die damit verbundenen schädlichen Wirkungen und Komplikati onen vermieden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0192] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Hilfe der sche matischen Zeichnung. Insbesondere wird im Folgenden die Erfindung unter Bezugnah me auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Anwendung einer Elektrostimulationsvorrichtung an einem Lebewe- sen;
Fig. 2 die Anwendung einer Elektrostimulationsvorrichtung in Verbindung mit einer Positivdruckbeatmung an einem Lebewesen;
Fig. 3 bis 5 Zeitdiagramme von Atemlagen; Fig. 6 die Änderung des Luftvolumens in der Lunge in einem Atemzyklus über die Zeit;
Fig. 7 die Änderung des transpulmonalen Drucks in einem Atemzyklus über die Zeit;
Fig. 8 ein elektromagnetisches Feld mit Trains der Impulse zur Stimulation in der Inspirationsphase, wobei der Anstieg des Trains rampenförmig ist;
Fig. 9 ein elektromagnetisches Feld mit Trains der Impulse zur Stimulation in der Inspirationsphase, wobei der Anstieg und Abstieg des Trains rampenför mig sind;
Fig. 10 ein elektromagnetisches Feld mit Trains der Impulse zur Stimulation in der Inspirationsphase, wobei der Anstieg und Abstieg des Trains rampenför- mig sind, und wobei die Impulse zwischen den Trains mit einer reduzierten
Intensität sind.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0193] Bestimmte Ausdrücke werden in der folgenden Beschreibung aus praktischen Gründen verwendet und sind nicht einschränkend zu verstehen. Die Wörter „rechts“, „links“, „unten“ und „oben“ bezeichnen Richtungen in der Zeichnung, auf die Bezug ge nommen wird. Die Ausdrücke „nach innen“, „nach aussen“ „unterhalb“, „oberhalb“, „links“, „rechts“ oder ähnliche werden zur Beschreibung der Anordnung bezeichneter Teile zueinander, der Bewegung bezeichneter Teile zueinander und der Richtungen hin zum oder weg vom geometrischen Mittelpunkt der Erfindung sowie benannter Teile der selben wie in den Fig. dargestellt verwendet. Diese räumlichen Relativangaben umfas sen auch andere Positionen und Ausrichtungen als die in den Fig. dargestellten. Zum Beispiel wenn ein in den Fig. dargestelltes Teil umgedreht wird, sind Elemente oder Merkmale, die als „unterhalb“ beschrieben sind, dann „oberhalb“. Die Terminologie um fasst die oben ausdrücklich erwähnten Wörter, Ableitungen von denselben und Wörter ähnlicher Bedeutung.
[0194] Um Wiederholungen in den Figuren und der zugehörigen Beschreibung der verschiedenen Aspekte und Ausführungsbeispiele zu vermeiden, sollen bestimmte Merkmale als gemeinsam für verschieden Aspekte und Ausführungsbeispiele verstan den werden. Das Weglassen eines Aspekts in der Beschreibung oder einer Figure lässt nicht darauf schliessen, dass dieser Aspekt in dem zugehörigen Ausführungsbeispiel fehlt. Vielmehr kann ein solches Weglassen der Klarheit und dem Verhindern von Wie derholungen dienen. In diesem Zusammenhang gilt für die gesamte weitere Beschrei bung folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Be zug genommen. Sind ausserdem im unmittelbar zu einer Figur gehörigen Beschrei bungstext Bezugszeichen erwähnt, die in der zugehörigen Figur nicht enthalten sind, so wird auf die vorangehenden und nachstehenden Figuren verwiesen. Ähnliche Bezugs zeichen in zwei oder mehreren Figuren stehen für ähnliche oder gleiche Elemente. [0195] Die Figur 1 zeigt ein Lebewesen 1 in liegender Position. Zur Verdeutlichung der Lage sind an dem Lebewesen 1 vorteilhafte Stimulationspositionen des Nervus phreni- cus 2 sowie der Nervi interconstales 3 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei davon ausgegangen, dass durch elektromagnetische Stimulation der Nervus phreni- cus 2 stimuliert werden soll.
[0196] Die Figur 1 lässt eine Elektrostimulationsvorrichtung 4 erkennen, die über elekt rische Leitungen mit Signalabgabeelementen 10, z.B. Spulen, zum Einspeisen von Magnetfeldern 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 Le bewesens 1 gezielt beeinflusst werden kann.
[0197] Die Elektrostimulationsvorrichtung 4 kann z.B. als eine rechnergesteuerte Elektrostimulationsvorrichtung ausgebildet sein. Sie weist einen Rechner 5, eine Stimu lationssignalerzeugungseinrichtung 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 Funktionen der Elektrostimulationsvorrichtung 4 ausgeführt werden können. Der Rech ner 5 arbeitet das Computerprogramm im Speicher 7 ab. Hierdurch werden über die Stimulationssignalerzeugungseinrichtung 6 entsprechende Stimulationssignale an die Signalabgabeeinrichtung 10 abgegeben, durch die die gewünschten Magnetfelder er zeugt werden. Die zuvor beschriebenen Funktionen für die Beatmung des Lebewesens 1 durch die Stimulationssignale oder die vom Anwender auszuführenden Verfahren können über die Bedienelemente 8 vom Anwender beeinflusst werden, z.B. durch Ein stellung von Parametern von Atemzyklen.
[0198] Durch die beschriebenen Elemente ist eine Steuerung der künstlichen Beat mung des Lebewesens 1 durch Elektrostimulation durchführbar. Soll auch eine Rege lung bestimmter Parameter erfolgen, ist es erforderlich, dass der Elektrostimulationsvor richtung 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 ange ordnet 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 zugeführt werden. Die Auswertung der Sensorsignale kann z.B. durch den Rechner 5 erfolgen.
[0199] Die Elektrostimulationsvorrichtung 4 kann zusätzlich eine Schnittstelle 9 zur Verbindung mit anderen Geräten haben, z.B. zum Datenaustausch mit anderen Gerä- ten. Auf diese Weise können der Elektrostimulationsvorrichtung 4 noch weitere Mess werte zugeführt werden, ohne dass die Elektrostimulationsvorrichtung 4 mit eigenen Sensoren ausgerüstet sein muss.
[0200] Die Figur 2 verdeutlicht die Anwendung der Elektrostimulationsvorrichtung 4 am Lebewesen 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 Vo lumenstromsensor 17, z.B. ein Pneumotachograph, verbunden. Das Beatmungsgerät 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 Atemmaske 13 zu erzeugen.
[0201] Man erkennt, dass die Elektrostimulationsvorrichtung 4 über ihre Schnittstelle 9 mit dem Beatmungsgerät 11 verbunden ist. Über die Schnittstelle 9 werden der Elektro stimulationsvorrichtung 4 die entsprechenden Messwerte und gegebenenfalls auch zu sätzliche intern im Beatmungsgerät 11 berechnete Werte über Kenndaten der Atemzyk len des Lebewesens zugeführt. Auf diese Weise erhält die Elektrostimulationsvorrich tung 4 beispielsweise jeweilige aktuelle Messwerte des Drucks und des Volumenstroms der Atemzyklen des Lebewesens 1.
[0202] In den Figuren 3 bis 5 sind für verschiedene Atemlagen jeweils mehrere Atem zyklen über die Zeit t aufgetragen. An die Ordinate ist das jeweils in den Lungen befind liche Luftvolumen V aufgetragen.
[0203] Die Figur 3 zeigt die Atemlage mit Atemzugvolumina während der Ruheatmung (AZV) und einer maximal möglichen Ausatmung, wodurch die normale Atemlage wäh rend der Ruheatmung und das endexspiratorische Reservevolumen (ERV) veranschau licht werden soll. Das inspiratorische Reservevolumen (IRV) ist hier auch gekennzeich net und wird in Figur 4 durch die maximal mögliche Einatmung verdeutlicht. In Figur 5 schließlich wird die Verschiebung der Atemlage bei Ruheatmung in die Einatmung ge zeigt, was dadurch gekennzeichnet ist, dass die Atemzugvolumina der Ruheatmung bei erhöhtem ERV und vermindertem IRV erfolgt. [0204] Die in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Atemverläufe können durch die erfin dungsgemäße Elektrostimulationsvorrichtung 4 und die erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend 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 Muskelkon traktionen der Atemmuskulatur erzeugt werden, durch die letztendlich die dargestellten Atemzyklen hervorgerufen werden.
[0205] Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Atemzyklus in vergrößerter Darstellung. Der Atemzyklus besteht aus einer Inspirationsphase I und eine Exspirationsphase E. In Fi gur 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 Schei telpunkt gemäß Figur 6 beginnt und am oberen Scheitelpunkt endet. Am oberen Schei telpunkt beginnt die Exspirationsphase E und endet am nächsten unteren Scheitelpunkt der Kurve. Der Verlauf des Drucks TPP ist im Vergleich zum Verlauf des Volumens V phasenverschoben.
[0206] 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 Exspirati onsphase gesondert beeinflusst werden. Es kann auch die Amplitude des Volumenver laufs und/oder des Druckverlaufs gesondert beeinflusst werden, sowie die jeweiligen Lagen der Maxima und Minima der Kurvenverläufe.
[0207] Die Figur 8 zeigt ein elektromagnetisches Feld mit Trains zur Stimulation in der Inspirationsphase, wobei der Anstieg des Trains rampenförmig ist. Jeder der Trains um fasst Impulse eine Reihe von Impulsen, deren Intensität von einem minimalen Wert auf einen vordefinierten Wert ansteigen. Dies ermöglicht einen nicht-invasiven bzw. sanften Start der Stimulation, da die Impulse nicht sofort mit dem vordefinierten Wert den Nerv stimulieren. Zwischen den Trains gibt es eine Pause von etwa 1 bis 3 Sekunden. In der Pausenzeit sind keine Impulse zur Stimulation vorhanden. Hier wird die Ausatmung nicht durch Stimulation unterstützt.
[0208] Die Figur 9 zeigt ein elektromagnetisches Feld mit Trains zur Stimulation in der Inspirationsphase, wobei nicht nur der Anstieg, sondern auch der Abstieg des Trains rampenförmig ist. Das ermöglicht neben einen nicht-invasiven bzw. sanften Start, son dern auch ein sanftes Ende der Stimulation. [0209] Die Figur 10 zeigt ein elektromagnetisches Feld mit Trains zur Stimulation in der Inspirationsphase wie in Figur 9 dargestellt. Darüber hinaus sind die Impulse zwi schen den Trains mit einer reduzierten Intensität, die das Ausatmen durch Ausspan nung ebenfalls unterstützt. Diese Unterstützung ist insbesondere hilfreich für erkrankten Patienten, damit ihre Lungen bei der Ausatmung nicht komplett zusammenziehen, wodurch eine „Verklebung“ der Lungen vermieden werden kann.
[0210] Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung ein schränkend. Um die Erfindung nicht zu verklären, können in gewissen Fällen wohlbe kannte Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt und beschrieben sein. Es ver steht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere deckt die vorliegende Erfindung weitere Ausführungsbeispiele mit irgendwelchen Kombinationen von Merk malen ab, die von den explizit beschriebenen Merkmalskombinationen abweichen kön nen.
[0211] Die vorliegende Offenbarung umfasst auch Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Aus führungsformen genannt oder gezeigt sind. Sie umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschliesslich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst sowie auch solche, die zu sätzliche andere Merkmale umfassen.
[0212] Im Weiteren schliesst der Ausdruck „umfassen“ und Ableitungen davon andere Elemente oder Schritte nicht aus. Ebenfalls schliesst der unbestimmte Artikel „ein“ bzw. „eine“ und Ableitungen davon eine Vielzahl nicht aus. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit beziehungsweise einen Schritt erfüllt sein. Ev. Die blosse Tatsache, dass bestimmte Masse in zueinander ver schiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombi nation dieser Masse nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Die Begriffe „im Wesentli- chen“, „etwa“, „ungefähr“ und dergleichen in Verbindung mit einer Eigenschaft bezie hungsweise einem Wert definieren insbesondere auch genau die Eigenschaft bezie hungsweise genau den Wert. Die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ im Zusammenhang mit einem gegebenen Zahlenwert oder -bereich kann sich auf einen Wert beziehungsweise Bereich beziehen, der innerhalb 20%, innerhalb 10%, innerhalb 5% oder innerhalb 2% des gegebenen Werts beziehungsweise Bereichs liegt. Ev. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium gespeichert sein und/oder vertrieben werden, wie beispielsweise auf einem optischen Speichermedium oder einem Festmedium, das zu sammen mit oder als Teil von anderer Hardware bereitgestellt wird. Es kann auch in anderer Form vertrieben werden, wie beispielsweise über das Internet oder andere ver kabelte oder unverkabelte Telekommunikationssysteme. Insbesondere kann ein Com puterprogramm beispielsweise ein auf einem computerlesbaren Medium gespeichertes Computerprogrammprodukt sein, das dazu ausgestaltet ist, ausgeführt zu werden, um ein Verfahren zu implementieren, insbesondere das erfindungsgemässe Verfahren. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Umfang der Ansprüche ein schränkend zu verstehen.
[0213] Literatur
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Claims

ANSPRÜCH E
1. Elektrostimulationsvorrichtung zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssignalen, mit folgenden Merkmalen: a) die Elektrostimulationsvorrichtung hat wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung, durch die elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugte Stimulationssignale in wenigstens einen Nerv und/oder einen Muskel 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 Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale
Muskelkontraktionen im Lebewesen erzeugbar sind, durch die die Atmung des Lebewesens gezielt beeinflussbar ist.
2. Nervenstimulationsvorrichtung 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.
3. Nervenstimulationsvorrichtung 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 einem erhöhten Niveau zu halten, bei dem die durch Stimulationssignale erzeugte 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.
4. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atmung des
Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche
Änderung der Atemtiefe zu steuern oder zu regeln.
5. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, 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 zu steuern oder zu regeln.
6. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung 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.
7. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung 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.
8. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Steuerung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen.
9. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung durch wenigstens einen Sensor fortlaufend ermittelte, aktuelle Messwerte von Kenndaten der Atemzyklen des Lebewesens zugeführt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten eine Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen.
10. Nervenstimulationsvorrichtung 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 eingerichtet ist, Parameter der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten der Spontanatmungsimpulse, insbesondere synchronisiert auf die Spontanatmungsimpulse, zu verändern.
11. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale den intraabdominalen Druck des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung zu steuern oder zu regeln.
12. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine gezielte Anregung der Atemnerven und/oder des Atemzentrums durchzuführen
13. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyklen eine Steuerung oder Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen, danach über eine Vielzahl 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.
14. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale über eine Vielzahl von Atemzyklen Muskelkontraktionen der Atemmuskulatur des Lebewesens anzuregen, die für den durch die Atmung durchzuführenden Gasaustausch des Lebewesens nicht notwendig sind und hierdurch ein Muskeltraining hervorrufen.
15. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Atemlage auf einen erhöhten Wert zu steuern oder zu regeln und/oder die Atemlage in die Inspirationsphase zu verschieben.
16. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung durch wenigstens einen Atemtiefe-Sensor, durch den Messwerte der Atemtiefe des Lebewesens erfassbar sind, fortlaufend ermittelte, aktuelle Messwerte der Atemtiefe zugeführt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern 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 Änderung der Atemtiefe zu regeln.
17. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Begrenzung der Atemtiefe und/oder des Volumenstroms in der Inspirationsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert durchzuführen.
18. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale den Volumenstrom in der Exspirationsphase auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen und/oder gegenüber dem mittleren intrinsischen Volumenstrom des Lebewesens in der Exspirationsphase zu verringern.
19. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine
Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale die Dauer der Exspirationsphase gegenüber der mittleren intrinsischen Dauer der Exspirationsphase des Lebewesens zu verringern.
20. Nervenstimulationsvorrichtung 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 erhöhen und in der Exspirationsphase wieder zu verringern.
21. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen 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 einstellbar 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.
22. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spontanatmungsimpuls-Sensor als Nervenimpuls-Sensor ausgebildet ist, durch den die Atmung des Lebewesens steuernde Nervenimpuls-Signale des Lebewesens erfassbar sind.
23. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung über eine Schnittstelle mit einem Beatmungsgerät verbindbar ist, 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.
24. Nervenstimulationsvorrichtung 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.
25. Nervenstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch entsprechende Anpassung der Stärke der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale zunächst eine tiefe Einatmung in dem Atemzyklus hervorzurufen.
26. Nervenstimulationsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, im Anschluss an die tiefe Einatmung durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine oder mehrere partielle Ausatmungen mit einer im Vergleich zur durchschnittlichen Ausatmung verkürzten Ausatmungsdauer und/oder erhöhten Stärke der Stimulationssignale hervorzurufen.
27. Nervenstimulationsvorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Einstellung von Parametern der durch die wenigstens eine Signalabgabeeinrichtung abgegebenen Stimulationssignale eine Sekretmobilisationsstimulation hervorzurufen und im Anschluss an die Sekretmobilisationsstimulation die tiefe Einatmung hervorzurufen.
28. Nervenstimulationsvorrichtung 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.
29. Verfahren zur Stimulation eines oder mehrerer Nerven und/oder Muskeln eines Lebewesens mit elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugten Stimulationssignalen, wobei das Verfahren folgenden Schritten aufweist: a) Einspeisung elektrisch, elektromagnetisch und/oder magnetisch erzeugte Stimulationssignale zu wenigstens einem Nerv und/oder einem Muskel, b) Ansteuerung der Stimulationssignale, um Muskelkontraktionen im Lebewesen zu erzeugen und dadurch eine Atmung des Lebewesens gezielt zu beeinflussen.
30. Verfahren nach Anspruch 29, ferner umfasst: Verändern der Stärke der Stimulationssignale im Laufe eines Atemzyklus des Lebewesens in mehreren Schritten und/oder gleichmäßig.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 30, ferner umfasst: Halten der Stärke der Stimulationssignale während der Ausatmungsphase des Lebewesens auf einem erhöhten Niveau, bei dem die durch Stimulationssignale erzeugte 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.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , ferner umfasst: Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um die Atmung des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung der Atemtiefe zu steuern oder zu regeln.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, ferner umfasst: Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um die Atmung des Lebewesens auf eine Atemfrequenz von mehr als 40 Atemzyklen/Minute zu steuern oder zu regeln.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, ferner umfasst: Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um 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.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, ferner umfasst: Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um eine vollständige Ausatmung zu verhindern, indem die Dauer der Exspirationsphase des Lebewesens auf das 0,2- bis 1 ,3-fache der Dauer der Inspirationsphase verkürzt wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, ferner umfasst: Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um eine Steuerung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel-Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, ferner umfasst: fortlaufend Ermittlung von Messwerten von Kenndaten der Atemzyklen des Lebewesens durch wenigstens einen Sensor, und
Einstellung von Parametern der Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten eine Regelung der Kenndaten der Atemzyklen auf vorbestimmte Ziel- Kenndaten der Atemzyklen durchzuführen.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 37, ferner umfasst: Erfassung Spontanatmungsimpulse des Lebewesens durch wenigstens einen Spontanatmungsimpuls-Sensor, und fortlaufend Ermittlung der aktuellen Messwerte der Spontanatmungsimpulse,
Veränderung der Parameter der Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messwerten der Spontanatmungsimpulse, insbesondere synchronisiert auf die Spontanatmungsimpulse.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 38, ferner umfasst:
Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um einen intraabdominalen Druck des Lebewesens auf einen vorbestimmten Wert, Wertebereich und/oder zeitliche Änderung zu steuern oder zu regeln.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 39, ferner umfasst:
Einstellung von Parametern der Stimulationssignale, um eine gezielte Anregung der Atemnerven und/oder des Atemzentrums durchzuführen.
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