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Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen eines Cuffs
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für ein Patienten-Beatmungsgerät Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen eines Cuffs für ein Patienten-Beatmungsgerät,
wobei der Cuff um einen in die Trachea einführbaren Tubus gelegt und zur Abdichtung
der Trachea vorgesehen ist, und wobei der Cuff über eine Steuerleitung zur Steuerung
des Cuffdrucks während der Inspirationsphase des Respirationszyklus auf einem höheren
Abdichtdruck und während des restlichen Respirationszyklus auf einem niederen Abdichtdruck
gehalten ist.
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Bei der Beatmung eines Patienten, z. B. wähend einer Operation, wird
ein Tracheal- oder Tracheotomietubus ih die Luftröhre (Trachea) des Patienten eingeführt.
Insbesondere bei der Langzeitbeatmung können sich Trachealwandschäden einstellen,
zu denen verschiedene Faktoren beitragen. Jeder Tracheal- oder Tracheotomietubus
wirkt als Fremdkörper, der eine gewisse Reizwirkung auf die Trachea ausübt. Die
Hauptursache dieser Trachealwandschäden dürfte der von der Manschette oder dem Cuff
ausgeübte Druck auf die Trachealwand sein.
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Je nach Art des verwendeten Cuffs sind Trachealwandschäden bereits
nach 48-stündiger Intubation nachzuweisen. Sie sind innerhalb dieses Zeitraums noch
relativ gering und beschränken sich auf oberflächliche Schleimhautveränderungen.
Bei einer längeren Intubation schreiten die Trachealwandschäden jedoch weiter fort
und bilden tiefere Erosionen gefolgt von Perichondritis und schließlich
Knorpelnekrosen.
Die Höhe der Cuffdrucke, welche die Trachealwand ohne Schaden vertragen kann, liegt
um Werte, welche die Kapillardurchblutung nicht behindern, d.h.
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weniger als 20 mm Hg.
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Es gibt verschiedene Arten von Cuffs, die bei der Beatmung eines Patienten
um den in die Trachea eingeführten Tubus gelegt und zur Abdichtung der Trachea vorgesehen
sind. Der hier betrachtete Cuff ist der intermittierend aufgeblasene Cuff. Klinische
und experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß ein intermittierend aufgeblasener
Cuff weniger Trachealwandschäden hervorruft als ein ständig aufgeblasener. Nach
der Literatur erscheint es daher wünschenswert, daß der Cuff möglichst während der
Inspirationsphase aufgeblasen und während des restlichen Respirationszyklus entblockt
bleibt. Dies erlaubt die Wiederherstellung einer normalen Blutversorgung während
der Zeitdauer der Exspiration.
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Die eingangs genannte Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen
eines Cuffs für ein Patienten-Beatmungsgerät ist aus dem Aufsatz Problematik von
Intubationsschäden bei Langzeitbeatmung von E. G. Star, Münch. med. Wschr.
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118 (1976), Nr. 15, Seiten 457 bis 460, insbesondere Seite 458, rechte
Spalte, bekannt. Bei der bekannten Einrichtung wird der Cuff durch eine zusätzliche
Verbindung mit dem Patienten-Beatmungsgerät über eine Steuerleitung zur Steuerung
des Cuffdrucks intermittierend aufgeblasen.
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Wie bereits in dieser Literaturstelle erkannt wurde, kann durch eine
solche Einrichtung die Kompliziertheit des Patienten-Beatmungsgeräts beträchtlich
steigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die apparativ wenig kompliziert und aufwendig ist, die
aber dennoch ein
selbsttätiges atemfrequenz- und drucksynchrones
intermittierendes Aufblasen des Cuffs gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerleitung
zur Steuerung des Cuffdrucks an den ersten Teilraum einer Druckregelkammer angeschlossen
ist, daß der zweite Teilraum der Druckregelkammer mit dem Patientenkreis des Patienten-Beatmungsgeräts
verbunden ist, wobei in diesem Patientenkreis in der Inspirationsphase Beatmungsdruck
herrscht, daß der erste und zweite Teilraum der Druckregelkammer durch eine flexible
Membran gas dicht voneinander getrennt sind, und daß an die Druckregel kammer eine
Einrichtung zur Vorgabe eines Vorblähdrucks im Cuff anschließbar ist.
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Bei dieser Einrichtung wird also lediglich eine relativ einfach zu
fertigende Druckregelkammer mit einer Membran eingesetzt, die den Cuffdruck selbsttätig
in Abhängigkeit vom Inspirations- oder Beatmungsdruck steuert. Der Cuffdruck ändert
sich zwar synchron mit dem Beatmungsdruck; er muß jedoch nicht identisch gleich
sein dem Beatmungsdruck. Infolge des Vorblähdrucks, der von der Einrichtung zur
Vorgabe des Vorblähdrucks erzeugt wird, ergibt sich bei einem Beatmungsdruck gleich
Null nicht ein Cuffdruck Null, sondern der eingestellte Vorblähdruck. Damit ist
sichergestellt, daß einerseits auch in dieser Phase des Beatmungszyklus ein sicherer
Trachealwandabschluß gewährleistet und daß andererseits in dieser Phase der Trachea
wanddruck reduziert ist, so daß Trachealwandschäden weitgehend vermieden werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen
des Cuffs zeichnen sich dadurch aus, daß eine Vorrichtung zum Begrenzen des Cuffdrucks
auf einen maximalen Wert und/oder auf einen minimalen
Wert vorgesehen
sind. Dies ist wichtig, falls bei der Beatmung ein unerwarteter Druckanstieg bzw.
Druckabfall einsetzen sollte.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Patienten-Beatmungsgeräts
mit einer Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen eines Cuffs, der in die Luftröhre
eines (im Schnitt gezeigten) Patienten eingeführt ist, in einer Seitendarstellung;
Fig. 2 die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform einer Einrichtung zum intermittierenden
Aufblasen eines Cuffs mit automatischer Cuffdruck-Anpassung an den Beatmungsdruck
in einer schematischen Darstellung; Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Membran,
die in einer Druckregelkammer nach Figur 1 und 2 eingesetzt werden kann; Fig. 4
eine zweite Ausführungsform einer solchen Membran; Fig. 5 eine dritte Ausführungsform
einer solchen Membran, und Fig. 6 eine weitere Einrichtung zum intermittierenden
Aufblasen eines Cuffs mit automatischer Cuffdruck-Anpassung an den Beatmungsdruck
in einer schematischen Darstellung.
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In Figur 1 ist ein konventionelles Patienten-Beatmungsgerät 2 gezeigt,
das über einen Patientenkreis 4 mit einem Inspirationszweig 6, mit einem Exspirationszweig
8, mit einem Verzweigungsstück 10 und mit einer Leitung 12 mit einem Tubus 14 in
der Luftsröhre (Trachea) 16 eines Patienten 18 verbunden ist. Um den in die Trachea
16 eingeführten Tubus 14 ist nach Fig. 1 und 2 in bekannter Weise ein Cuff 20 aus
einem flexiblen Material gelegt.
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Dieser wird über eine Steuerleitung 22 zum einen auf einem Vorblähdruck
von vorgegebenen Wert gehalten und zum anderen bei der Beatmung intermittierend
mehr oder weniger stark aufgeblasen. Die Steuerung beim Aufblasen erfolgt so, daß
einerseits in der Inspirationsphase bei jedem Inspirationsdruck ein ausreichend
fester Sitz des Cuffs 20 in der Luftröhre 16 gewährleistet ist, und daß andererseits
in der Exspirationsphase der Druck im Cuff 20 wieder reduziert wird, und zwar unter
den aktuellen Blutdruck, beispielsweise auf einen Wert von 15 mm Hg.
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Dieser Druckwert ist durch den Vorblähdruck vorgegeben.
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Wie aus Figur 1 und 2 ersichtlich, wird der Druck des Cuffs 20 aus
dem Patientensystem 4 abgeleitet, und zwar wird der Cuffdruck automatisch an den
Beatmungsdruck angepaßt. Dazu ist die pneumatische Steuerleitung 22 mit ihrem vom
Cuff 20 entfernten Ende an eine Druckregel kammer 24 angeschlossen. Wie aus Figur
2 deutlich wird, enthält diese Druckregelkammer 24 einen ersten und einen zweiten
Teilraum 26 bzw. 28, die durch eine dehnbare Membran 30, z.B. aus Latex, gasdicht
voneinander getrenht sind. Die Steuerleitung 22 ist dabei über ein Anschlußstück
31 mit dem ersten Teilraum 26 verbunden. Weiterhin ist an die Steuerleitung 22 über
eine Meßleitung 32 ein Manometer 34 zum Messen des Cuffdrucks angeschlossen. Der
Anschluß liegt in der Nähe des ersten Teilraums 26. Der erste Teilraum 26 ist weiterhin
über einen Dreiwegehahn 36 mit einer aufsetzbaren Einrichtung 38 zur Vorgabe
eines
Vorblähdrucks im Cuff 20 verbunden. Diese Einrichtung 38 kann insbesondere als eine
medizinische Spritze ausgebildet sein, die zur Injektion von Luft vorgesehen ist
und in ein Mündungsstück des Dreiwegehahns 36 eingesetzt wird. Die Einrichtung 38
kann prinzipiell an irgendeiner Stelle in der Verbindung zwischen der Membran 30
und dem Cuff 20 anschließbar sein. Das Manometer 34 dient damit auch zur Überwachung
des Vorblähdrucks.
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Der zweite Teilraum 28 der Druckregelkammer 24 ist über ein Verbindungsstück
40 an ein Y-Stück 42 angeschlossen, das in dem Inspirationszweig 6 liegt. Dieses
Y-Stück 42 dient gleichzeitig als Halter für das Cuffdruck-Manometer 34. Aus Figur
1 ist ersichtlich, daß das Y-Stück 42 im Inspirationszweig 6 ganz in der Nähe vom
Patienten-Be atmungsgerät 2 angeordnet ist. Stattdessen kann der zweite Teilraum
28 der Druckregelkammer 24 über das Verbindungsstück 40 auch mit einem beliebigen
anderen Teil des Patientenkreises 4 verbunden sein. Voraussetzung ist, daß in diesem
Teil in der Inspirationsphase Beatmungsdruck herrscht. Beispielsweise könnte somit
das Verbindungsteil 40 prinzipiell auch an oder nahe der Verbindungsleitung 12 angeordnet
sein. Die Anschlußstelle könnte z.B. auch im Beatmungsgerät 2 selbst liegen.
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Der Betrieb der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einrichtung kann
folgendermaßen vonstatten gehen: Es wird davon ausgegangen, daß in jedem Beatmungszyklus
ca. 25 % der Zykluszeit für die Inhalation, ca. 5 % für eine Pause und ca. 70 %
für die Exspiration bei vergleichsweise niedrigem Druck aufgewendet werden.
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Zunächst wird der Tubus 14 mit anliegendem, d.h. schlaffem Cuff 20
in der Trachea 16 des Patienten 18 plaziert.
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Dieses kann entweder durch den Mund oder durch einen Luftröhrenschnitt
geschehen. In einem nächsten Schritt wird der Cuff 20 mittels der Spritze 38 vorgebläht.
Dazu wird zunächst (über den Dreiwegehahn 36) Außenluft in die Spritze 38 eingesogen,
die sodann fein dosiert über den umgeschalteten Dreiwegehahn 36 in die Steuerleitung
22 und damit in den Cuff 20 gegeben wird. Der Cuffdruck kann mittels des Manometers
34 abgelesen werden. Der Vorblähdruck wird dabei auf einen Wert von ca. 10 Millibar
eingestellt. Dadurch ergibt sich eine gewisse Vorspannung auf der Membran 30, die
gemäß Figur 2 nach unten in den zweiten Teilraum 28 ausgebeult wird. Sie kann dabei
auf dem Ende des Verbindungsstückes 40, das in mit seinem Endteil 41 die zweite
Teilkammer 28 hineinragt, aufliegen oder aber kurz davor stehen bleiben. Sodann
wird durch Umstellung des Dreiwegehahns 36 die Steuerleitung 22 und damit der Cuff
20 nach außen abgeschlossen.
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Sollte bei Herrschen des Vorblähdrucks ein plötzlicher Druckabfall
im Inspirationszweig 6 auftreten, so wird die Membran 30 gegen das Ende des Verbindungsstückes
40 gedrückt, und dieses Ende wird dadurch verschlossen. Das Ende wirkt somit als
ein Anschlag, wodurch ein entsprechend plötzlicher Druckabfall im Cuff 20 verhindert
wird, der zu einem Ablösen des Cuffs von der Trachealwand führen könnte.
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Ist nunmehr das Patienten-Beatmungsgerät 20 eingeschaltet, so ergibt
sich der erwähnte Beatmungszyklus zwischen Inspiration, Pause und Exspiration.
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In der Inspirationsphase wird Luft über den Inspirationszweig 6 und
den Tubus 14 in die Lunge des Patienten geblasen. Der Inspirationsdruck liegt dabei,
abhängig vom Patienten 18 und von der Einstellung am Patienten-Beatmungsgerät
2,
auf einem Wert zwischen etwa 20 und 70 Millibar. Infolge dieses Druckes wird die
vorgespannte elastische Membran 30 nach oben in den ersten Teilraum 26 ausgewölbt.
Durch Verdrängung von Gas aus dem ersten Teilraum 26 wird der Beatmungsdruck über
die Steuerleitung 22 auf den Cuff 20 übertragen. Der Druck im Cuff 20 nimmt also
zu. Somit ist auch bei einem höheren Beatmungsdruck, und zwar abhängig von diesem
Beatmungsdruck, ein dichter Sitz zwischen Cuff 20 und Trachea gewährleistet. Je
höher der Beatmungsdruck, desto höher ist auch der Cuffdruck. Umgekehrt gilt auch:
je niedriger der Beatmungsdruck, desto niedriger wird der Cuffdruck sein, desto
niedriger ist aber auch die Wahrscheinlichkeit von Schädigungen der Trachea. Der
Cuffdruck kann jetzt im Bereich von 30 bis 80 Millibar liegen.
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Für gewisse Anwendungsfälle mag ein Cuffdruck von 80 Millibar beim
vorgegebenen maximalen Beatmungsdruck als zu hoch angesehen werden. Um hier beim
Anstieg des Druckes einen oberen Grenzwert einzuhalten, kann man die Membran 30
verhältnismäßig steif ausführen oder, wie später in den Figuren 3 bis 5 dargestellt
ist, der Membran 30 eine spezielle Form geben. Sie kann beispielsweise im Innenbereich
dunn und im Außenbereich dick sein, wobei insbesondere auch eine bikonkave Formgebung
in Betracht kommt.
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In der anschließenden Pause des Beatmungszyklus bleibt der Druck im
Cuff bestehen. Der Gaszufluß vom Beatmungsgerät 2 über den Inspirationszweig 6 zum
Patienten 18 ist jedoch unterbrochen.
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In der anschließenden Exspirationsphase wird das Gas aus der Lunge
über den Tubus 14 und den Exspirationszweig 8 in das Beatmungsgerät 2 zurückgeführt.
Dabei sinkt der Beatmungsdruck sehr schnell von dem angegebenen Wert im Bereich
von ca. 20 bis 70 Millibar auf Null herab.
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Da der Inspirationszweig 6 mit dem Exspirationszweig 8 über das Verzweigungsstück
10 verbunden ist, macht sich diese Druckreduzierung auch an der Membran 30 bemerkbar.
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Der Druck im zweiten Teilraum 28 wird somit gleichfálls reduziert,
wodurch die Membran 30 ihre Ursprungsposition wieder einnimmt, wie in Figur 2 eingezeichnet.
Damit ist der Cuffdruck wieder auf den zuvor eingestellten Vorblähdruck von z.B.
10 Millibar abgesunken.
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Der Zyklus zwischen Inhalation, Pause und Exspiration setzt sich fort
bis zum Ende der Beatmung. Dann kann der Vorblähdruck durch Ablassen von Luft über
den Drei-Wege-Hahn 36 auf Null reduziert werden, und der Tubus 14 mit dem nunmehr
erschlafften Cuff 20 kann aus der Luftröhre 16 des Patienten 18 entfernt werden.
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Nach den Figuren 3 und 4 werden Membranen 30a bzw. 30b in der Druckregelkammer
24 verwendet, die in ihrem mittleren Bereich 46a bzw. 46b dünner ausgebildet sind
als in den Randbereichen. In Figur 3 ist speziell eine plan#konkave und in Figur
4 eine bikonkave Formgebung gewählt worden.
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Mit diesen Formgebungen wird erreicht, daß sich die Membran 30a, 30b
mit zunehmendem Inspirationsdruck anfangs noch verhältnismäßig stark, dann aber
unproportional (abnehmend) in den ersten Teilraum 26 hineinwölbt. Damit wird für
die Druckregelkammer 24 eine gekrümmte Kennlinie zwischen Inspirationsdruck und
Cuffdruck erreicht, so daS bei höheren Inspirationsdrücken der Cuffdruck nicht allzu
stark auf der Trachea-Wand lastet.
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Demselben Zweck dient die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform
der Membran 30c. Bei dieser sind auf der Membran mehrere Ringe 48a, 48b, 48c aus
einem festen Material, z.B. aus Metall oder Kunststoff, aufgebracht. bie Ringe 48a,
48b, 48c können unterschiedliche Stärke aufweisen und können auf der Membran 30c
aufgeklebt sein.
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In Figur 6 ist eine weitere Einrichtung zum intermittierenden Aufblasen
eines Cuffs 20 mit automatischer Cuffdruck-Anpassung an den Beatmungsdruck dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform besteht die Druckregelkammer 24 aus zwei
schalenförmigen Hälften 60, 62, die z.B. aus einem Metall oder aus einem durchsichtigen
Kunststoff gefertigt sind. Die beiden Hälften 60, 62 sind über Befestigungsmittel
64, z.B. eine Verschraubung, zusammengehalten. Dabei ist zwischen diesen Hälften
60, 62 eine Membran eingespannt, die aus zwei flexiblen Teilmembranen 30A, 306 besteht.
Auch hier teilt die Membran 30A, 30B den Innenraum in einen ersten Teilraum 26 und
einen zweiten Teilraum 28. Die gasdichte Einspannung kann durch einen O-Ring 66
gewährleistet sein. Das Besondere an dieser Ausführungsform ist, daß der Zwischenraum
68 zwischen den beiden nebeneinander eingespannten Teilmembranen 30A, 30B über eine
Vorbläh-und Ablaßleitung 70 an ein selbstschließendes Ventil oder Rückschlagventil
72 angeschlossen ist. In das Mündungsstück dieses Rückschlagventils 72 ist die Einrichtung
38 zur Vorgabe des Vorblähdrucks anschließbar. Mit anderen Worten, nach Einsetzen
der Einrichtung 38 in das Mundstück läßt sich Luft in den Zwischenraum 68 einbringen,
dessen Ausdehnung dann den Cuffdruck bestimmt. Das Rückschlagventil 72 kann dabei
ein integraler Bestandteil der Druckregelkammer 24 sein.
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Der Zwischenraum 68 ist nach dem Aufblasen durch das Rückschlagventil
72 dicht nach außen abgeschlossen. Nach Beendigung der Beatmung kann die Luft im
Zwischenraum 68 über das Ventil 72 wieder abgelassen werden.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist das Anschlußstück 31 am ersten
Teilraum 26 über die Steuerleitung 22 mit dem Cuff 20 verbunden. An der Steuerleitung
22 liegt hier über die Meßleitung 32 das Manometer 34, das wiederum zur Messung
insbesondere des Vorblähdrucks dient. In dieser Ausführungsform ragt das Anschlußstück
31 aber um einiges
in den ersten Teilraum 26 hinein. Das Anschlußstück
31 ist insbesondere ein Rohrstück, das in seiner Längsrichtung bezüglich der Druckregelkammer
24 einstellbar ist. Zu diesem Zweck besitzt es ein dichtendes Außengewinde 74, das
in die oberen Wände der Hälfte 60 ein geschraubt ist. Die Längenverschiebbarkeit
ist durch einen Doppelpfeil 76 angedeutet. Das Anschlußstück 31 dient vorliegend
als Begrenzungseinrichtung, die den Cuffdruck nach oben begrenzt. Bei Erreichen
des vorgegebenen maximalen Cuffdruckes wird es endseitig von der Membran 30, d.h.
in der vorliegenden Ausführung von der ersten Teilmembran 30A, verschlossen. Durch
dieses Abdichten läßt sich der Cuffdruck auf einen oberen Wert, z.B. 40 mm Hg, begrenzen.
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Die beiden Teilmembranen 30A, 30B können unterschiedlich dick sein.
Auch vorliegend können sie wieder aus einem flexiblen Material wie Latex bestehen.
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Auch in der Ausführungsform nach Figur 6 ist eine Sichert heitseinrichtung
eingebaut, die die Entleerung des Cuffs 20 verhindert, wenn der Patient unerwartet
zu atmen Beginnt. Bei einer solchen Spontanatmung ergibt sich ein starkes Luftholen
über den Inspirationszweig 6, was dort zu einer Verringerung des Druckes führt.
Um zu verhindern, daß dabei der Druck im Cuff 20 auf unzulässige Werte erniedrigt
wird, ragt auch hier das Verbindungsstück 40 um einiges in den zweiten Teilraum
28 hinein. Die Dimensionierung ist so gewählt, daß dann, wenn der vorgegebene Vorblähdruck
im Cuff 20 herrscht, die Teilmembran 30B auf dem Ende des Verbindungsstücks 40 aufliegt,
wie in Figur 6 gezeigt. Das Verbindungsstück 40 dient hier also als Abdichtrohr.
Es ist mit einer beliebigen Stelle des Patientenkreises 4, insbesondere mit dem
Inspirationszweig 6, verbunden. Abweichend davon kann die Dimensionierung
auch
so getroffen werden, daß sich bei normalem Vorblähdruck die Teilmembran 306 in geringem
Abstand vom Ende des Verbindungsstückes 40 befindet. Diese Sicherheitseinrichtung
verhindert also, daß bei einem unerwarteten Unterdruck im Patientensystem 4 der
Vorblähdruck unzulässig reduziert und der Cuff von der Trachealwand abgelöst wird.
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Um den Cuff 20 aufzublasen und unter dem vorgegebenen Vorblähdruck
zu halten, wird durch die Vorrichtung 38 und das Ventil 72 von außen Luft in den
Zwischenraum 68 zwischen den Teilmembranen 30A, 306 injiziert. Dadurch wird das
im Teilraum 26 befindliche Gas teilweise in Richtung auf den Cuff 20 verdrängt,
so daß dieser aufgeblasen wird.
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Im Beatmungsbetrieb drückt in der Inspirationsphase der Beatmungsdruck
über das Verbindungsstück 40 auf die zweite Teilmembran 306. Dadurch wird die gesamte
Membran 30A, 306 in Richtung auf den ersten Teilraum 26 verschoben, so daß der Druck
in diesem Teilraum 26 und damit der Cuffdruck ansteigt. Dieser Druckanstieg wird
dann gebremst, wenn die erste Teilmembran 30A die Mündung des Anschlußstückes 31
verschließt. Dann ist ein oberer Grenzwert für den Cuffdruck erreicht, der nicht
mehr überschritten werden kann. In der Respirationsphase nimmt der Druck im Verbindungsstück
4Q ab, so daß sich die gesamte Membran 30A, 306 infolge ihrer Elastizität wieder
vom Anschlußstück 31 wegbewegen kann, so daß der Cuffdruck reduziert wird. Die Reduktion
kann jedoch auch hier nicht unter einen vorgegebenen Mindestdruck erfolgen.
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21 Patentansprüche 6 Figuren
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