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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Gasstromumkehrelement
zur wechselweisen Erzeugung von Überdruck und Unterdruck
an einem Leitungsanschluss zum Gasaustausch in abgeschlossenen oder
nur teilbelüfteten Räumen. Eine Anwendung ist
der Anschluss eines solchen Gasstromumkehrelementes an einen in
den Atemweg eines Patienten einbringbaren Katheter oder einer Kanüle.
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Bei
der Beatmung eines Patienten wird normalerweise eine Maske oder
ein Tubus eingesetzt, über die bzw. den dem nach außen
abgedichteten Atemweg mit niedrigem Druck ein Gas oder Gasgemisch,
insbesondere Sauerstoff und Luft, zugeführt wird. Alternativ
kann man ein solches Gas oder Gasgemisch aber auch mit hohem Druck
und hohem Fluss stoßweise durch einen dünnen,
ungeblockten Katheter in den nach außen offenen Atemweg
injizieren (sogenannte Jet-Ventilation). Dieses Verfahren wird heute
insbesondere bei diagnostischen und therapeutischen Eingriffen im
Bereich des oberen Atemweges bzw. der Lunge eingesetzt. Mittels
dieses Verfahrens kann ein Patient aber auch durch einen durch die
Haut direkt in die Luftröhre eingebrachten Katheter bzw.
eine so platzierte Kanüle mit Sauerstoff versorgt werden
(sogenannte transtracheale Jet-Ventilation). Dieses spezielle Verfahren
ist Bestandteil der heute gültigen Algorithmen zum Management
eines schwierigen Atemweges und insbesondere der Situation, in der
ein Patient konventionell nicht zu beatmen bzw. zu intubieren ist
(sogenannte „cannot ventilate, cannot intubate"-Situation).
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Unter
ungünstigen Bedingungen kann aber gerade die transtracheale
Jet-Ventilation auch potentiell lebensgefährlich sein kann.
Ist der Atemweg eines Patienten weitgehend oder sogar vollständig
z. B. durch Schwellung oder Blutung verlegt, wird die Lunge des
Patienten durch die Injektion von Sauerstoff mehr und mehr gebläht.
Dabei droht eine Lungenzerreißung (sogenanntes Barotrauma).
Weiterhin kann die Drucksteigerung im Brustkorb zu einer für den
Patienten nicht minder gefährlichen Kreislaufstörung
bzw. zu einem Kreislaufzusammenbruch führen, da das Blut
nicht mehr in ausreichendem Maße zum Herzen zurückfließen
kann.
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Seit
einiger Zeit ist der „Oxygen Flow Modulator" bekannt, der
in der beschriebenen kritischen Situation zum bidirektionalen Luftweg
wird. Dieser wird beispielsweise in einem 2004 herausgegebenen Prospekt „Products
For The Difficult Airway" der Firma Cook Medical Incorporated auf
Seite 10 beschrieben.
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Durch
ein intermittierendes Schließen und Freigeben mehrerer Öffnungen
kann man mit diesem Instrument nicht nur sehr einfach den Sauerstofffluss zum
Patienten kontrollieren, sondern auch den Druck im Brustkorb entlasten.
Mit diesem Instrument ist es möglich, selbst bei einem
komplett verlegten oberen Atemweg durch einen in die Luftröhre
eingebrachten Katheter bzw. eine eingestochene Kanüle die
Sauerstoffversorgung eines Patienten zumindest für kurze Zeit
sicherzustellen.
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Die
ca. 3,5 Liter Atemluft, die in dieser Situation bei mittlerer Volumendehnbarkeit
des Thorax und normalen Atemwegswiderständen pro Minute passiv,
also lediglich durch den leichten Überdruck im Brustkorb,
durch einen Katheter mit einem Innendurchmesser von 2,0 mm über
das Instrument auch wieder aus der geblähten Lunge abströmen
können, sind aber für eine ausreichende Beatmung
eines Erwachsenen zu wenig (sogenannte Hypoventilation). Es kommt
zur Retention von Kohlendioxid und in der Folge entwickelt sich
schnell eine unerwünschte, zunehmende Übersäuerung
des Blutes (sogenannte respiratorische Azidose).
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Der „Oxygen
Flow Modulator" leistet dabei deutlich mehr als herkömmliche
Mittel, mit denen man den Patienten lediglich „aufblasen"
kann. Das Problem, dass man erwachsene Patienten durch einen Katheter
oder eine Kanüle mit geringem Querschnitt nicht ausreichend
beatmen kann, löst er aber nicht. Neben den erwähnten
Risiken hat insbesondere diese Limitierung in jüngster
Zeit zu einer Diskussion über den Stellenwert der notfallmäßigen Jet-Ventilation
in Fachjournalen geführt.
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DE 20213420 U1 beschreibt
ein Beatmungsgerät, insbesondere zur notfallmäßigen
transtrachealen Beatmung, mit einer steuerbaren Druckgasquelle,
einem verzweigten Rohr zur Zu- und Abfuhr des Atemgases zum bzw.
vom Patienten, wobei eine Venturi-Düse zur Unterstützung
der Exspiration genutzt werden soll. Dieses Beatmungsgerät
ist eher wie ein Absauggerät für Lungensekret
und dergleichen konstruiert, wobei es auf hohen Saugdruck, nicht
jedoch auf möglichst große Volumenströme
bei der Absaugung ankommt. Laut Fachliteratur kann man mit diesem
Beatmungsgerät durch einen Katheter mit einem Innendurchmesser
von 2,0 mm das Atemminutenvolumen um ca. 1 Liter/Minute steigern. Das
so resultierende Atemminutenvolumen ist aber für eine Normoventilation
eines Erwachsenen in der Regel immer noch nicht ausreichend. Die
Konstruktion sieht zudem keine Möglichkeit vor, um mit
einer Hand den in Richtung Patient wirksam werdenden Über-
oder Unterdruck zu kontrollieren.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Zielsetzung zugrunde,
eine einfache Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen einerseits
Sauerstoff der Lunge zugeführt, andererseits aber auch
Kohlendioxid bzw. verbrauchte Atemluft in ausreichendem Maße
aktiv aus der Lunge herausgeführt werden kann.
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Diese
Zielsetzung wird durch ein Gasstromumkehrelement mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 erreicht und durch ein Verfahren nach Anspruch 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Gasstromumkehrelementes
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Gasstromumkehrelement dient zur
Ausnutzung eines unter Überdruck stehenden Gasvorrates,
insbesondere Sauerstoff wahlweisen Erzeugung eines Gasstromes von
oder zu einem Leitungsanschluss, insbesondere zum Anschluss an einen
in den Atemweg eines Patienten einbringbaren Katheter oder einer
Kanüle. Es ist ausgebildet als ein Hauptstück
mit Abzweigungsstück, wobei das Hauptstück einen
Druckanschluss zum Anschluss an den Gasvorrat mit mindestens einer verschließbaren
Auslassöffnung verbindet und das Abzweigungsstück
von dem Hauptstück zu einem Leitungsanschluss führt.
Dabei ist in dem Hauptstück eine Düse, insbesondere
eine Injektor-Düse, so ausgebildet und angeordnet, dass
durch einen von dem Druckanschluss durch die Düse zu der
Auslassöffnung strömenden Gasstrom auch in der
Abzweigung ein Gasstrom in Richtung der Auslassöffnung
erzeugbar ist, wobei das Hauptstück vom Abzweigungsstück
bis zu der Auslassöffnung einen im wesentlichen gleichbleibenden
oder in Richtung Auslassöffnung zunehmenden Strömungsquerschnitt
aufweist. Es kann grundsätzlich für die Düse
jedes Konstruktionsprinzip gewählt werden, das mittels
eines Gasstromes eine Saugwirkung erzeugt.
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Bevorzugt
findet hier aber das Prinzip einer Gasstrahlpumpe Anwendung. Insbesondere
mit Blick auf das Absaugen größerer Gasvolumina
ist es dabei wichtig, auf eine Querschnittsverengung im Hauptstück
zwischen dem Abzweigstück und der Auslassöffnung
möglichst zu verzichten.
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Im
Durchmesser sind das Lumen des Abzweigungsstückes und des
Hauptstückes zwischen Düse und Auslassöffnung
sinnvollerweise nicht kleiner als das Lumen des in den Atemweg eines
Patienten einbringbaren Katheters oder der Kanüle (z. B. mindestens
2 mm bei Verwendung eines Katheters mit 2 mm Innendurchmesser),
da sonst insbesondere für das Abfließen bzw. Ansaugen
des Gases aus der Lunge störender, zusätzlicher
Widerstand geschaffen wird. Eine deutlich größere Öffnung
bzw. Öffnungen zum Abzweigstück führen
wieder zu dem bautechnischen Problem, diese im bzw. am kleineren
Lumen des Hauptstückes unterzubringen. Zudem ist dies wie
auch ein deutlich größeres Lumen des Abzweigstückes
ohne relevanten Effekt auf den Durchflusswiderstand, der dann hauptsächlich
durch den in den Atemweg eines Patienten einbringbaren Katheter
oder der Kanüle bestimmt wird.
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Die
beschriebene Ausführung erlaubt es nicht nur, ein Gas oder
Gasgemisch unter Überdruck einem Katheter oder einer Kanüle
zuzuführen und damit dort einen Gasstrom in Richtung Patient
zu bewirken, sondern ermöglicht es auch, einen Gas- oder Gasgemischstrom
zur Erzeugung von Unterdruck und damit einem Gasstrom in einem Katheter
oder einer Kanüle vom Patienten weg zu nutzen. Dies kann durch Öffnen
und Schließen der Auslassöffnung wechselweise
geschehen, obwohl das Gasstromumkehrelement nur mit Überdruck
versorgt wird.
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Zur
Sicherheit des Patienten ist es wichtig, dass nicht schon bei einer
versehentlichen Manipulation am Gasstromumkehrelement irgendein
Einfluss auf den Atemweg ausgeübt wird. Daher ist es vorteilhaft,
wenn vorzugsweise in dem Abzweigungsstück mindestens eine
Sicherheitsöffnung vorhanden ist. Bevorzugt sollten sogar
zwei, besonders bevorzugt zwei nebeneinander oder einander gegenüberliegende
Sicherheitsöffnungen vorhanden sein. Dabei dienen diese
Sicherheitsöffnungen gleichzeitig der Steuerung des Über-
oder Unterdruckes in Richtung Patient. Bei Freigabe wirken sie zudem
als Druckausgleichsöffnungen und ermöglichen den
Ausgleich eines intrathorakalen Über- oder Unterdruckes,
wenn man die Jet-Beatmung kurz pausiert. Dadurch kann sich der Druck
in der Lunge mit dem Außendruck äquilibrieren.
Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn man einen komplett verlegten
Atemweg hat, und man nicht weiß, ob die Lunge des Patienten
aktuell etwas zu stark aufgeblasen oder leer gesaugt ist.
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Bei
Verbinden des Druckanschlusses des Gasstromumkehrelementes mit einer
Druckgasquelle strömt Gas durch die Düse zur Auslassöffnung, was
ohne Sicherheitsöffnungen direkt zu einem Unterdruck am
Leitungsanschluss und damit eventuell auch im Atemweg führt.
Durch die noch offenen Sicherheitsöffnungen, die dazu einen
genügend großen Querschnitt haben sollten, wird
dies vermieden, da der Unterdruck durch dort einströmende
Umgebungsluft ausgeglichen wird. Erst wenn alle Sicherheitsöffnungen
gezielt, z. B. durch die Finger einer Bedienperson, geschlossen
werden, entsteht am Leitungsanschluss ein Unterdruck.
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Durch
zusätzliches Schließen der Auslassöffnung
kann dann ein Gas oder Gasgemisch auch in den Atemweg geleitet werden.
Bei Freigabe der Sicherheitsöffnungen entweicht das Gas
oder Gasgemisch hingegen sofort quantitativ in die Umgebungsluft.
Durch wechselweises Öffnen und Schließen der Auslassöffnung
bei geschlossenen Sicherheitsöffnungen erreicht man eine
wirkungsvolle Beatmung. Bevorzugt ist die Auslassöffnung
als sich nach außen öffnender Trichter geformt,
der nicht so leicht versehentlich verschlossen werden kann wie eine
kleine Auslassöffnung.
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Besonders
bei einer Notfallversorgung ist es vorteilhaft, nach einer bevorzugten
Ausführung der Erfindung die Auslassöffnung und
die Sicherheitsöffnungen so anzuordnen, dass sie manuell,
vorzugsweise mit Handballen und/oder Fingern nur einer Hand eines
Helfers oder einer Bedienperson wahlweise einzeln oder gemeinsam
ganz oder teilweise verschließbar sind. So kann ein Helfer
mit einer Hand die Beatmung nach Bedarf durchführen, unterbrechen
oder durch teilweises Verschließen der Öffnungen
regulieren, hat aber noch die andere Hand für weitere Maßnahmen
oder Tätigkeiten (z. B. Sicherung des Katheters oder der
Kanüle) frei.
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Bevorzugt
ist der Druckanschluss des Gasstromumkehrelementes zur Herstellung
einer Verbindung mit einer Druckgasquelle, vorzugsweise einer Sauerstoffdruckflasche,
ausgebildet. In den meisten Notarztwagen oder Unfallstationen steht
zumindest eine kleine Sauerstoffdruckflasche (z. B. 2 Liter) zur Verfügung,
mit der das Gasstromumkehrelement über einen Zeitraum von
wenigstens 20 Minuten betrieben werden kann.
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Es
kann erforderlich sein, dem Gas oder Gasgemisch Medikamente beizumischen.
Dazu kann besonders vorteilhaft ein verschließbarer Seitenzugang
an dem Abzweigungsstück angeordnet sein, vorzugsweise zwischen
den Sicherheitsöffnungen und dem Leitungsanschluss. So
können z. B. Adrenalin, Lokalanästhetika, Sekretolytika
und dergleichen mittels des schnell fließenden Gases oder
Gasgemisches zum Patienten hin fein verdüst werden. Damit
kann ein Medikament effektiv und großflächig in
den Bronchien verteilt werden und wird so quantitativ schneller
resorbiert. Zudem bietet der Seitenzugang eine Anschlussmöglichkeit
für eine Kapnometrie-Leitung, über die aus der
abgesaugten Atemluft im Nebenstrom eine kleine Probe für
die Messung der Kohlendioxidkonzentration abgeführt werden kann.
So lässt sich die Effektivität der Beatmung im Verlauf
abschätzen (über die Zeit ab- bzw. zunehmende
Ventilation). Vorstellbar ist auch der direkte oder indirekte Anschluss
einer Gasfluss- oder Druckmesseinrichtung.
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Erfindungsgemäß bilden
bevorzugt das Hauptstück und das Abzweigungsstück
zusammen etwa ein T-Stück mit dem Hauptstück als
Querbalken. Dies macht den Aufbau besonders übersichtlich und
die Düsenkonstruktion sehr einfach.
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Alternativ
wird erfindungsgemäß ein Gasstromumkehrelement
vorgeschlagen, bei dem das Hauptstück und das Abzweigungsstück
zusammen etwa ein Y-Stück bilden, wobei die Auslassöffnung den
Fuß des Y bildet. Auch eine Anordnung, bei der das Abzweigungsstück
einen Winkel zwischen 10° und 90° zu einem geraden
Hauptstück bildet, kann für die Strömungsführung
vorteilhaft sein.
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Zur
Vereinfachung der Herstellung ist das Gasstromumkehrelement erfindungsgemäß bevorzugt
aus mehreren Teilelementen zusammensetzt, insbesondere zusammengeschraubt.
Dies erlaubt die Verwendung von Standardbauteilen für einen
Teil der Anordnung.
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Ebenfalls
bevorzugt sind der Druckanschluss und/oder der Leitungsanschluss
und gegebenenfalls der Seitenzugang als sogenannter „Luer Lock"
ausgeführt, um die druckfeste und druckdichte Verbindung
mit Standardbauteilen zu erlauben.
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Aus
Sicherheitsgründen erscheint es sinnvoll, den Hochdruckteil
des Gasstromumkehrelementes einschließlich des Verbindungsschlauchanschlusses
zu kapseln.
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Im
Allgemeinen soll erfindungsgemäß das Gasstromumkehrelement
im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt sein, wobei die Düse
aus Kunststoff oder aus einem metallischen Einsatz besteht.
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Im
Folgenden soll noch einiges zu dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Betrieb eines Gasstromumkehrelementes erläutert
werden. Hauptsächlich besteht das Verfahren darin, dass
ein im Wesentlichen konstanter Gasdruck, insbesondere Sauerstoffdruck,
an den Druckanschluss angelegt wird, wobei zur Erzeugung von Überdruck
am Leitungsanschluss die Auslassöffnung und gegebenenfalls
alle Sicherheitsöffnungen verschlossen werden und zur Erzeugung
von Unterdruck die Auslassöffnung bei gegebenenfalls weiter
geschlossenen Sicherheitsöffnungen geöffnet wird.
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Durch
dieses Prinzip des Ansaugens von Atemluft über einen in
den Atemweg eines Patienten einbringbaren Katheter oder einer Kanüle
kann das Gasstromumkehrelement mit der herkömmlichen Jet-Ventilation
sehr sinnvoll kombiniert werden. Nicht nur im Notfall kann ein Patient
so durch Leitungen mit kleinem Querschnitt (z. B. transkutan in
die Luftröhre eingebrachte Katheter oder Kanülen,
aber auch sogenannte Tubuswechsler oder Arbeitskanäle von
flexiblen Fiberoptiken) effektiv beatmet werden (d. h. ausreichende
Versorgung mit Sauerstoff bei gleichzeitiger Elimination des anfallenden
Kohlendioxid). Dabei ist es unerheblich, ob der obere Atemweg – wie
bei konventioneller Jet-Ventilation unerlässlich – offen
oder hingegen teilweise wenn nicht sogar vollständig verlegt
ist.
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Für
den Einsatz des erfindungsgemäßen Gasstromumkehrelementes
werden lediglich eine Sauerstoffdruckflasche und eine Verbindungsleitung benötigt.
Das Gasstromumkehrelement kann so ausgeführt sein, dass
es insbesondere auch für verschiedene Drücke der
Sauerstoffquellen anpassbar ist bzw. konstruiert werden kann. Z.
b. haben Sauerstoffquellen in den Vereinigten Staaten einen Entnahmedruck
von 3,5 bar, in Europa hingegen von bis zu 5 bar.
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Eine
wichtige Größe bei dem Gasstromumkehrelement ist
der Abstrahldruck an der Düse, durch den ein Unterdruck
an dem Leitungsanschluss erzeugt wird. Der Abstrahldruck korreliert
dabei direkt mit dem Fluss und der resultierenden Fließgeschwindigkeit
des Gases bzw. Gasgemisches durch das Gasstromumkehrelement und
die Fließgeschwindigkeit des Gases bzw. Gasgemisches wiederum
mit dem Unterdruck am Leitungsanschluss. Mit Blick auf die gewünschte
große Saugleistung muss man mit sehr hohen Gasgeschwindigkeiten
arbeiten. Diese lassen sich bevorzugt durch Öffnungen der
Injektor-Düse von 1 mm oder kleiner errei chen. Bei einem Druckgasfluss
von 15 Litern/Minute durch eine solche Düse können
sich Gasgeschwindigkeiten im Überschallbereich ergeben.
Wichtig ist auch, dass der erzeugte Unterdruck im Abzweigungsstück
in einen relativ hohen Gasstrom umgesetzt werden kann, was dann
am besten gelingt, wenn keine den Gasstrom signifikant behindernden
Querschnittsverengungen im Hauptstück zwischen Abzweigungsstück und
Auslassöffnung vorhanden sind.
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Das
Gasstromumkehrelement kann auch mit einem vorgeschalteten Flussmeter
kombiniert werden. Dadurch kann man sich sehr einfach und schnell an
den Patienten anzupassen (z. B. werden so Kinder mit geringerem
Sauerstofffluss, damit geringerem Abstrahldruck an der Düse
und somit auch geringerem Unterdruck an dem Leitungsanschluss beatmet). Aus
einer Reduktion des Gas(gemisch)flusses folgt immer eine weniger
starke Beatmung (Reduktion des Atemminutenvolumens), aus einer Erhöhung
des Gas(gemisch)flusses hingegen eine stärkere Beatmung
(Erhöhung des Atemminutenvolumens).
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Da
ein typischerweise verwendeter Katheter bzw. eine Kanüle
einen erheblichen Durchflusswiderstand bietet, wird der am Leitungsanschluss
wechselweise wirksam werdene Überdruck bzw. Unterdruck
gedämpft. Druckänderungen werden in der Lunge
eines Patienten primär immer durch das nach normaler Ausatmung
noch in der Lunge befindliche Gasvolumen (sogenannte funktionelle
Residualkapazität), sekundär dann durch die elastische
Thoraxwand und das verschiebliche Zwerchfell gedämpft. Dadurch
wird die Gefahr eines Barotraumas minimiert. Ein Barotrauma ist überhaupt
nur bei längerer Fehlbedienung des Gasstromumkehrelementes durch
den Anwender möglich. Dem Risiko kollabierender Lungenabschnitte
(Entstehung sogenannter Atelektasen) bei einem zu langen und starken
Ansaugen von Atemluft aus der Lunge steht hingegen ein gerade in
Notfallsituationen gewünschter positiver Kreislaufeffekt
gegenüber, verbessert doch ein niedriger Druck im Brustkorb
den Blutrückfluss zum Herzen.
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Bei
Ventilationstests in einem Lungenmodell wurden mit einem Sauerstofffluss
von 15 Litern/Minute und einem Abstrahldruck von ca. 1,4 bar unter
Verwendung eines ca. 10 cm langen, transtrachealen Katheters mit
2 mm Innendurchmesser ein für die Beatmung eines Erwachsenen
ausreichendes Atemminutenvolumen von mehr als 6 Litern/Minute gemessen.
Hier ist noch anzumerken, dass bei Jet-Ventilation durch einen transtrachealen
Katheter anatomischer Totraum wegfällt und daher grundsätzlich
bereits ein kleineres Atemminutenvolumen für eine ausreichende
Beatmung (sogenannte Normoventilation) eines Patienten ausreicht.
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Bemerkenswert
war bei den Versuchen eine mehr oder weniger physiologische Relation
zwischen Inspirations- und Exspirationszeit (hier: Zeit der Injektion
von Sauerstoff und Zeit des Absaugens von Atemluft). Dies minimiert
beatmungsbedingte Kreislaufprobleme. Bei passivem Abstrom von Atemluft durch
einen solchen transtrachealen Katheter ergibt sich hingegen ein
groteskes Inspirations-/Exspirationsverhältnis mit einer
zur Inspirationszeit vielfach längeren Exspirationszeit.
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Die
Limitierung des Unterdruckes auf etwa –0,3 bar, der bei
Versuchen erreicht wurde, ist vorteilhaft: Liegt der Katheter bzw.
die Kanüle der Schleimhaut an, kann er bzw. sie sich nicht
zu stark ansaugen und dadurch die Schleimhaut lokal schädigen. Prinzipbedingt
wird der Katheter bzw. die Kanüle zudem bei jeder Injektion
von der Schleimhaut weggedrückt.
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Die
simple, aber gut funktionierende und für den Patienten
und Anwender nahezu gefahrlose „Wechselschaltung" zwischen Über-
und Unterdruck mit zyklischer Fluss- und Druckumkehr im Gasstromumkehrelement
eröffnen neue Möglichkeiten insbesondere bei der
Notfallbeatmung. Das Fehlen jeglicher Mechanik bzw. beweglicher
Teile macht das relativ kleine Gerät nicht nur wartungsfrei,
sondern auch leicht verständlich und in der Anwendung sicher.
Etwas (unter sehr ungünstigen Umständen) potentiell
Gefährliches kann immer nur durch eine bewusste Manipulation
des Anwenders geschehen, nicht aber durch den Anschluss des Gasstromumkehrelementes
als solches bzw. das Aufdrehen einer angeschlossenen Druckgasquelle.
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Der
Anwendungsbereich geht aber weit über die „cannot
ventilate, cannot intubate"-Situation hinaus. Zweifellos kann auch
ein Patient mit nur teilweise bzw. zeitweilig verlegtem oberen Atemweg
von diesem Beatmungsprinzip profitieren, schafft doch die saugunterstützte
Ausatmung einen virtuell größeren, freien Atemweg.
Selbst bei Patienten mit offenem oberen Atemweg ist zu erwarten,
dass es aufgrund effektiveren Gasaustausches bzw. größeren Gasumsatzes
in der Lunge zu einer schnelleren Sauerstoffanreicherung bei gleichzeitig
effektiverer Kohlendioxidelimination kommt.
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Auch
die Möglichkeit einer einfachen Jet-Ventilation besteht:
Hierfür müssen lediglich die Auslassöffnung
und die Sicherheitsöffnungen zeitgleich verschlossen und
wieder frei gegeben werden, d. h. die saugunterstützte
Ausatmung ist lediglich eine Option, die man nutzen kann, aber nicht
nutzen muss.
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Wünschenswert
ist die Implementierung dieses Prinzips in konventionelle Jet-Ventilatoren.
Die heutigen Geräte erfordern alle einen ausreichend großen,
freien oberen Atemweg des Patienten. Im Falle einer weitgehenden
bzw. vollständigen Verlegung des Atemweges (z. B. durch
Instrumentation) stoppen diese Geräte, sobald ein zu hoher
Druck im Atemweg gemessen wird, mit der Folge, dass der Patient
nicht mehr beatmet wird. Basierend auf der vorliegenden Erfindung
lassen sich Jet-Ventilatoren bauen, die unabhängig vom
freien Atemwegsquerschnitt und sogar bei vollständiger
Verlegung des Atemweges einen Patienten nicht nur ausreichend, sondern
sehr sicher und effektiv beatmen können.
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Ausgehend
vom Funktionsprinzip des Gasstromumkehrelementes könnte
man mittels einer sich über der Auslassöffnung
drehenden Lochscheibe bzw. einem Lochrad eine sehr präzise
Steuerung des Inspirations-/Exspirationsverhältnisses sowie
der Beatmungsfrequenz realisieren. Durch geeignete Ausschnitte in
dieser Lochscheibe bzw. in diesem Lochrad wären Inspirations-
und Exspirationszeit auch so festzulegen, dass das injizierte Gas(gemisch)volumen
nachfolgend wieder abgesaugt wird. Mit einer sich dann schnell drehenden
Lochscheibe bzw. einem Lochrad ließen sich zudem vergleichsweise
einfach Beatmungsfrequenzen im Sinne einer Hochfrequenzventilation
(z. B. zur lungenprotektiven Beatmung kritisch kranker Patienten)
realisieren, die in herkömmlichen Geräten technisch
erheblich höheren Aufwand erfordern. Dies würde
völlig neue Möglichkeiten bei diagnostischen und
therapeutischen Interventionen eröffnen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist,
werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert,
und zwar zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Gasstromumkehrelement mit schematisch dargestellten Peripheriegeräten
und die
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2 und 3 alternative
Ausgestaltungen von Düse und Hauptstück.
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1 zeigt
ein Gasstromumkehrelement 1 mit einem Hauptstück 2,
welches einen Druckanschluss 4 mit einer Auslassöffnung 5 verbindet.
Der Druckanschluss 4 kann über eine Verbindungsleitung 13 mit
einem unter Überdruck stehenden Gasvorrat 14 in
einer Druckgasquelle 11 verbunden werden. Im Allgemeinen
steht für die Notfallversorgung von Patienten eine Sauerstoffdruckflasche
zur Verfügung. Von dem Hauptstück 2 zweigt
ein Abzweigungsstück 3 ab, welches zu einem Leitungsanschluss 6 führt.
In dem Hauptstück 2 ist eine Düse 7 ausgebildet,
durch die Gas vom Druckanschluss 4 zur Auslassöffnung 5 strömen
kann, wobei diese Düse 7 in der Nähe
des Abzweigungsstückes 3 liegt, so dass das durch
die Düse zur Auslassöffnung 5 strömende
Gas einen Unterdruck im Abzweigungsstück erzeugt. Hier
findet das Prinzip einer Gasstrahlpumpe Anwendung. Es kann jedoch
jede Anordnung gewählt werden, die mittels eines Gasstromes
eine Saugwirkung erzeugen kann. Dazu ist es insbesondere nicht erforderlich,
dass das Abzweigungsstück 3, wie im Ausführungsbeispiel
gezeigt, einen rechten Winkel α (Alpha) zu dem Hauptstück
bildet. Weiter weist das Abzweigungsstück 3 eine
erste 8 und eine zweite 9 Sicherheitsöffnung
auf. Solange diese beiden Sicherheitsöffnungen 8, 9 nicht
gezielt verschlossen werden, übt die Vorrichtung auch bei
strömendem Gas keinen Einfluss auf den Atemweg eines Patienten
aus. Nur wenn diese Sicherheitsöffnungen 8, 9 verschlossen werden,
entsteht im Abzweigungsstück 3 ein Unterdruck,
solange die Auslassöffnung 5 offen ist, und ein Überdruck,
wenn die Auslassöffnung 5 verschlossen wird. Bevorzugt
sollten alle Öffnungen so angeordnet sein, dass sie von
einer Bedienperson zwar mit einer Hand bewusst, aber kaum versehentlich
verschlossen werden können. Zumindest die Auslassöffnung 5 sollte
dann mit einem Finger verschließbar sein, da sie bei der
Beatmung wechselweise geöffnet und geschlossen werden muss.
Um auch hier eine versehentliche Betätigung möglichst
zu vermeiden, kann das Hauptstück 2 vor der Auslassöffnung 5 trichterförmig
erweitert sein. Wie schematisch angedeutet, kann vor der Auslassöffnung 5 auch
eine drehbare Lochscheibe 16 mit unterschiedlich großen
Löchern angeordnet sein, die dann von einer Bedienperson
in die jeweils gewünschte Stellung gedreht werden kann.
Das Abzweigungsstück 3 weist außerdem
einen verschließbaren Seitenzugang 12 auf, durch
den Medikamente zugegeben oder Sonden eingeführt werden
können. An den Leitungsanschluss 6 kann ein Katheter 10 oder
eine Kanüle angeschlossen werden. Bevorzugt ist jeder der
Anschlüsse als sogenannter „Luer Lock" ausgebildet.
Die ganze Anordnung ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt,
wobei die Düse 7 je nach Bedarf auch als metallisches Teil
eingesetzt sein kann.
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In
den 2 und 3 sind alternative Ausgestaltungen
des Hauptstückes 2 und der Düse 7 dargestellt. 2 zeigt
eine Ausgestaltung des Hauptstückes 2 als Venturidüse,
bei der an der Stelle der höchsten Geschwindigkeit und
damit des geringsten Druckes das Abzweigungsstück 3 einmündet.
Bei beiden 2 und 3 bildet
das Hauptstück 2 hinter dem Abzweigungsstück 3 einen
sich konisch mit einem Öffnungswinkel β (Beta),
von z. B. 1 bis 7°, erweiternden Kanal 15.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht eine effektive Beatmung
eines Patienten. Unter Notfallbedingungen ist neben einem in den
Atemweg eines Patienten einbringbaren Katheter 10 oder
einer Kanüle und einer Verbindungsleitung 13 lediglich
eine Druckgasquelle 11, z. B. eine Sauerstoffdruckflasche,
notwendig. Hohe Sicherheit für Patient und Helfer ist bei
dieser Beatmungstechnik gewährleistet. Auch eine Anwendung
als Atemhilfe zur Unterstützung der Eigenatmung eines spontan
atmenden Patienten ist möglich.
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- 1
- Gasstromumkehrelement
- 2
- Hauptstück
- 3
- Abzweigungsstück
- 4
- Druckanschluss
- 5
- Auslassöffnung
- 6
- Leitungsanschluss
- 7
- Düse
(Injektor-Düse)
- 8
- erste
Sicherheitsöffnung
- 9
- zweite
Sicherheitsöffnung
- 10
- Katheter
- 11
- Druckgasquelle
- 12
- Seitenzugang
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- unter Überdruck
stehender Gasvorrat
- 15
- sich
konisch erweiternder Kanal
- 16
- Lochscheibe
- α(Alpha)
- Winkel
zwischen Hauptstück und Abzweigungsstück
- β(Beta)
- Öffnungswinkel
hinter der Düse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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