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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet
der Erfindung – Die
Erfindung betrifft allgemein die Herabsetzung und Steuerung der
Temperatur des menschlichen Körpers.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine intravaskuläre Vorrichtung
zur Kühlung
des Körpers
ohne die nachteiligen Folgen, die mit bekannten Verfahren zur Ganzkörperkühlung verbunden
sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine intravaskuläre Vorrichtung
zur Kühlung
des Körpers,
ohne eine Unterdrückung
der Kühlung
durch die Thermoregulation zu bewirken.
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Hintergrundinformation – Die Organe
im menschlichen Körper,
z. B. das Gehirn, die Niere und das Herz, werden auf einer konstanten
Temperatur von annähernd
37 °C gehalten.
Hypothermie kann klinisch als Kernkörpertemperatur von 35 °C oder weniger
definiert werden. Hypothermie wird mitunter ferner nach ihrer Schwere
gekennzeichnet. Eine Körperkerntemperatur
im Bereich von 33 bis 35 °C
wird als leichte Hypothermie beschrieben. Eine Körpertemperatur von 28 bis 32 °C wird als
mittlere Hypothermie beschrieben. Eine Körperkerntemperatur im Bereich
von 24 bis 28 °C
wird als schwere Hypothermie beschrieben.
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Hypothermie
ist unvergleichlich wirksam bei der Reduzierung von Gehirnverletzungen,
die durch eine Vielzahl verschiedener neurologischer Krankheitszustände verursacht
werden, und kann schließlich
eine wichtige Rolle bei der Notfall-Gehirnwiederbelebung spielen. Es gibt
experimentelle Beweismittel dafür,
daß eine
zerebrale Kühlung
den Verlauf nach globaler Ischämie,
herdförmiger
Ischämie
oder traumatischer Gehirnverletzung verbessert. Aus diesem Grund
kann Hypothermie eingeleitet werden, um die Auswirkung bestimmter
Körperverletzungen auf
das Gehirn sowie auf andere Organe zu reduzieren.
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Zerebrale
Hypothermie ist herkömmlicherweise
durch Ganzkörperkühlung erreicht
worden, um einen Zustand der Ganzkörperhypothermie im Bereich
von 20 bis 30 °C
zu erreichen. Die gegenwärtig eingesetzten
Techniken und Vorrichtungen, die verwendet werden, um Ganzkörperhypothermie
zu bewirken, haben verschiedene Nebenwirkungen. Zusätzlich zu
den unerwünschten
Nebenwirkungen sind die vorliegenden Verfahren zur Verabreichung
einer Ganzkörperhypothermie
mühsam.
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Es
sind Katheter entwickelt worden, die in den Blutstrom des Patienten
eingeführt
werden, um Ganzkörperhypothermie
zu bewirken. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 3 425 419 von
Dato ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herabsetzung und Erhöhung der
Temperatur des menschlichen Körpers.
Dato bewirkt eine mittlere Hypothermie bei einem Patienten unter
Verwendung eines starren metallischen Katheters. Der Katheter hat
einen inneren Durchgang, durch den ein Fluid, z. B. Wasser, zirkulieren
kann. Der Katheter wird durch die Femoralvene und dann durch die
Vena cava inferior bis zum rechten Herzvorhof und zur Vena cava
superior eingeführt.
Der Katheter von Dato hat eine langgestreckte zylindrische Form
und besteht aus nichtrostendem Stahl. Beispielsweise schlägt Dato
die Verwendung eines Katheters vor, der eine Länge von annähernd 70 cm und einen Durchmesser
von annähernd
6 mm hat. Die Vorrichtung von Dato kühlt entlang der Länge einer
sehr langgestreckten Vorrichtung. Die Verwendung der Vorrichtung
von Dato ist aufgrund ihrer Größe und ihrer
mangelnden Flexibilität
sehr mühsam.
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Das
US-Patent 5 837 003 von Ginsburg offenbart ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung der Körpertemperatur
eines Patienten. Bei dieser Technik wird ein flexibler Katheter
in die Femoralarterie oder -vene oder in die Jugularvene eingeführt. Der
Katheter kann die Form eines Ballons haben, um eine vergrößerte Oberfläche für die Wärmeübertragung
zu bieten. Eine wärmeleitende
Metallfolie kann als Teil einer wärmeabsorbierenden Fläche verwendet
werden. Diese Vorrichtung offenbart oder beschreibt nicht die Verwendung
einer Möglichkeit zur Verbesserung
der Wärmeübertragung.
Außerdem
offenbart die offenbarte Vorrichtung keine Temperaturregulierung.
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Deshalb
erfüllen
ein praktisches Verfahren und eine praktische Vorrichtung, die die
Temperatur des menschlichen Körpers
herabsetzen und steuern, ein lange bestehendes Bedürfnis.
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WO
99/66 970 offenbart eine selektive Organkühlungsvorrichtung mit einem
flexiblen koaxialen Katheter, der in eine gewählte zuführende Arterie eingeführt werden
kann, und einem Wärmeübertragungselement,
das am distalen Abschnitt des Katheters angebracht ist. Das Wärmeübertragungselement weist
mehrere Wärmeübertragungssegmente
auf, die mit flexiblen Bindegliedern verbunden sind. WO 99/66970
ist ein Dokument gemäß Artikel
54 (3) EPÜ.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Unter
einem Aspekt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Wärmeübertragungselement aufweisen,
das verwendet werden kann, um das Blut zu kühlen, das in einer großen Vene
fließt,
die zum Herz führt.
Ein Heizelement wird verwendet, um einen Teil des verbleibenden
Körpers
zu erwärmen,
um dem Patienten Behaglichkeit zu bieten und zu ermöglichen,
daß eine
niedrige Hypothermie-Solltemperatur erreicht wird. Das Heizelement
kann angelegt werden, bevor eine Solltemperatur erreicht ist, oder nachdem
sie erreicht worden ist. Der Erwärmungsvorgang
kann im wesentlichen durch Ganzkörpererwärmung mit
einer Heizdecke erreicht werden. Der Erwärmungsvorgang kann an sich
oder in Kombination mit thermoregulierenden Medikamenten erfolgen.
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Das
Wärmeübertragungselement
weist, lediglich als Beispiel, ein erstes und ein zweites langgestrecktes,
gelenkiges Segment auf, wobei jedes Segment eine vermischungsfördernde
Außenfläche hat.
Ein flexibles Bindeglied kann das erste und zweite langgestreckte
Segment verbinden. Ein inneres Lumen kann in dem ersten und zweiten
langgestreckten Segment vorhanden sein und ist in der Lage, ein unter
Druck stehendes Arbeitsfluid zu einem distalen Ende des ersten langgestreckten
Segments zu transportieren. Außerdem
können
das erste und zweite langgestreckte Segment eine vermischungsfördernde
Innenfläche
zur Förderung
des Mischvorgangs in dem unter Druck stehenden Arbeitsfluid haben.
Die vermischungsfördernde
Außenfläche kann
geeignet sein, den Mischvorgang in einem Blutstrom zu fördern, wenn
sie in einer Arterie oder Vene angeordnet ist. In einer Ausführungsform
weist das flexible Bindeglied einen Balgteil auf, der einen axialen
Druck auf das Wärmeübertragungselement
berücksichtigt und
verbesserte Flexibilität
ermöglicht.
In alternativen Ausführungsformen
kann der Balgteil durch eine flexible Schlauchleitung ersetzt sein,
z. B. durch kleine zylindrische Polymerverbindungsschlauchleitungen.
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In
einer Ausführungsform
weisen die vermischungsfördernden
Außenflächen des
Wärmeübertragungselements
einen oder mehrere wendelförmige
Rillen und Rippen auf. Benachbarte Segmente des Wärmeübertragungselements
können
entgegengesetzt wendelförmig
sein, um den Mischvorgang zu verbessern. Beispielsweise kann das
erste langgestreckte Wärmeübertragungssegment
einen oder mehrere wendelförmige
Rippen mit einer im entgegengesetzten Uhrzeigersinn verlaufenden
Wendelung aufweisen, während
das zweite langgestreckte Wärmeübertragungssegment
einen oder mehrere wendelförmige
Rippen mit einer im Uhrzeigersinn verlaufenden Wendelung aufweist.
Als Alternative kann natürlich
das erste langgestreckte Wärmeübertragungssegment
eine oder mehrere im Uhrzeigersinn verlaufende wendelförmige Rippen
aufweisen, und das zweite langgestreckte Wärmeübertragungssegment kann eine
oder mehrere im entgegengesetzten Uhrzeigersinn verlaufende wendelförmige Rippen
aufweisen. Das erste und das zweite langgestreckte, gelenkige Segment
kann aus gut leitenden Materialien, z. B. Metallen, bestehen.
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Die
Wärmeübertragungsvorrichtung
hat einen Zuführungskatheter
mit einem inneren Katheterlumen, das mit dem inneren Lumen im ersten
und zweiten langgestreckten Wärmeübertragungssegment
gekoppelt ist. Eine Arbeitsfluidzuführung, die geeignet ist, das
unter Druck stehende Fluid abzugeben, kann mit dem inneren Katheterlumen
oder als Alternative mit dem Zuführungskatheter
gekoppelt sein. Die Arbeitsfluidzuführung kann geeignet sein, das
unter Druck stehende Arbeitsfluid mit einer Temperatur von etwa
0 °C und
einem Druck unter etwa 5 Atmosphären
Druck zu erzeugen.
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In
noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Wärmeübertragungsvorrichtung drei
oder mehr langgestreckte, gelenkige Wärmeübertragungssegmente jeweils
mit einer vermischungsfördernden
Außenfläche haben,
wobei zusätzliche
flexible Bindeglieder die zusätzlichen
langgestreckten Wärmeübertragungssegmente
verbinden. In einer solchen Ausführungsform
können
das erste und das zweite langgestreckte Wärmeübertragungssegment, lediglich
als Beispiel, im Uhrzeigersinn verlaufende wendelförmige Rippen
aufweisen, und das langgestreckte Wärmeübertragungssegment kann eine
oder mehrere im entgegengesetzten Uhrzeigersinn verlaufende wendelförmige Rippen aufweisen.
Als Alternative können
natürlich
das erste und dritte langgestreckte Wärmeübertragungssegment wendelförmige im
entgegengesetzten Uhrzeigersinn verlaufende Rippen aufweisen, und
das zweite langgestreckte Wärmeübertragungssegment kann
eine oder mehrere im Uhrzeigersinn verlaufende wendelförmige Rippen
aufweisen.
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Die
vermischungsfördernde
Außenfläche des
Wärmeübertragungselements
kann wahlweise eine Oberflächenbeschichtung
oder -behandlung aufweisen, um eine Gerinnselbildung zu vermeiden. Eine
Oberflächenbeschichtung
kann auch verwendet werden, um einen gewissen Schmierungsgrad des Wärmeübertragungselements
und ihres zugehörigen Katheters
zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Vorrichtung wird zur Auslösung von Hypothermie im Körper durch
Einführen
eines flexiblen leitenden Kühlelements
in eine Vene verwendet, die in Druckkommunikation mit dem Herz steht,
z. B. die Vena cava superior oder die Vena cava inferior oder beide.
Der Zugang zu den beiden Venae cavae kann mittels bekannter Techniken
beispielsweise von der Jugularvene oder von der Schlüsselbein-
oder Femoralvene aus erfolgen. Das Wärmeübertragungselement in einer
oder beiden Venae cavae kann dann praktisch das gesamte Blut kühlen, das
zum Herzen zurückbefördert wird.
Das gekühlte
Blut tritt in den rechten Vorhof ein, wo es durch die rechte Herzkammer
und in die Pulmonalarterie zu den Lungen gepumpt wird, wo es mit
Sauerstoff versorgt wird. Aufgrund der Wärmekapazi tät der Lunge erwärmt sich
das Blut nicht merklich während der
Sauerstoffanreicherung. Das abgekühlte Blut wird zum Herz zurückbefördert und über die
Aorta in den gesamten Körper
gepumpt. Das abgekühlte
Blut kann also indirekt an ein ausgewähltes Organ, z. B. das Gehirn,
geliefert werden. Diese indirekte Kühlung ist besonders effektiv,
da Organe mit hohem Blutdurchfluß, z. B. das Herz und das Gehirn,
vorzugsweise durch das Gefäßsystem
mit Blut versorgt werden. Eine Wärmedecke
oder eine Wärmevorrichtung
wird auf Abschnitte des Körpers
aufgelegt, um dem Patienten das Gefühl der Behaglichkeit zu geben
und thermoregulierende Reaktionen, z. B. Vasokonstriktion, zu verhindern.
Thermoregulierende Medikamente können
aus diesem Grund auch verabreicht werden.
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Das
Verfahren weist ferner auf: Umwälzen eines
Arbeitsfluids durch das flexible, leitende Kühlelement hindurch, um die
Temperatur des Blutes in der Vena cava herabzusetzen. Das flexible,
leitende Wärmeübertragungselement
absorbiert vorzugsweise mehr als etwa 150 oder 300 W Wärme.
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Das
Verfahren kann auch aufweisen: Einleiten des Mischvorgangs im freien
Blutstrom in der Vena cava. Man beachte, daß ein Turbulenz- oder Vermischungsgrad
im allgemeinen sowieso in der Vena cava vorhanden ist. Der Schritt
des Umwälzens kann
aufweisen: Einleiten des Mischvorgangs beim Durchströmen des
Arbeitsfluids durch das flexible, leitende Wärmeübertragungselement. Der Druck
des Arbeitsfluids kann unterhalb von etwa 5 Atmosphären Druck
gehalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird auch in einem Verfahren zur Einleitung einer therapeutischen
Hypothermie im Körper
eines Patienten verwendet, das aufweist: Einführen eines Katheters mit einem
Kühlelement
in eine Vena cava, die das Herz versorgt, wobei der Katheter einen
Durchmesser von etwa 18 mm oder weniger hat, Einleiten des Mischvorgangs
im Blut, das über
das Kühlelement stömt, und
Herabsetzen der Temperatur des Kühlelements,
um dem Blut die Wärme
zu entziehen, um das Blut abzukühlen.
In einer Ausführungsform
entzieht der Kühlschritt
dem Blut mindestens etwa 150 W Wärme.
In einer weiteren Ausführungsform
entzieht der Kühlschritt
dem Blut mindestens etwa 300 W Wärme.
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Der
eingeleitete Mischvorgang kann zu einer Erhöhung der Nußelt-Zahl des Wärmeübergangs zwischen
etwa 5 und 80 führen.
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Unter
einem weiteren Aspekt des Verfahrens betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Herabsetzung der Temperatur des Körpers bei gleichzeitiger Verhinderung
der Eingreifens von thermoregulierenden Reaktionen des Körpers. Die
Schritte des Verfahrens können
aufweisen: Verabreichung eines Medikaments, um den Sollpunkt der
Thermoregulierung des Körpers
herabzusetzen, so daß die
thermoregulierenden Reaktionen, einschließlich Schüttelfrost und Vasokonstriktion, über einer
bestimmten Temperatur nicht ausgelöst werden, wobei die bestimmte
Temperatur niedriger ist als die normale Körpertemperatur. Die Temperatur
des Blutes in einer großen
Vene, z. B. in der Vena cava, wird dann herabgesetzt, um die Hypothermie
im Körper
hervorzurufen. Die thermoregulierenden Medikamente geben dem Patienten
das Gefühl
der Behaglichkeit. Heizdecken werden bereitgestellt, um die Behaglichkeitsgefühl des Patienten weiter
sicherzustellen. Im allgemeinen sollte die Heizdecke bei 1 °C Körperkernabkühlung 5 °C über der
Hauttemperatur liegen, um dem Patienten das Gefühl der Behaglichkeit zu geben.
Die Temperatur der Heizdecke sollte im allgemeinen 42 °C nicht überschreiten.
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Die
Vorteile der Erfindung sind zahlreich. Patienten können die
vorteilhaften Aspekten einer Hypothermie zuteil werden, ohne die
schädlichen
Konsequenzen des Standes der Technik zu erleiden. Der Eingriff kann
sicher und einfach erfolgen. Zahlreiche Herz- und Nerveneinstellungen
können
aus der Hypothermie-Therapie Nutzen ziehen. Beispielsweise können Ischämie und
Restenosen minimiert werden. Weitere Vorteile gehen aus der nachstehenden
Beschreibung hervor.
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Die
neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die Erfindung
selbst wird am besten aus den beigefügten Zeichnungen in Verbindung
mit der nachfolgenden Beschreibung verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile bezeichnen und die folgendes zeigen:
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Kurzbeschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Wärmeübertragungselements;
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2 ist
eine Längsschnittansicht
des Wärmeübertragungselements
aus 1;
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3 ist
eine Querschnittansicht des Wärmeübertragungselements
aus 1;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragungselements aus 1 bei
Verwendung in einem Blutgefäß;
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5 ist
eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer alternativen
erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Wärmeübertragungselements;
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6 ist
eine Querschnittansicht des Wärmeübertragungselements
aus 5;
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7 ist
eine schematische Darstellung des Wärmeübertragungselements, das in
einer Ausführungsform
verwendet wird, um bei einem Patienten durch Auslösung einer
Ganzkörperkühlung und
anschließender
Wiedererwärmung
des Körpers
Hypothermie zu bewirken;
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8 ist
eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragungselements, das in
einer weiteren Ausführungsform
verwendet wird, um einem Patienten Hypothermie durch Bewirken einer
Ganzkörperabkühlung und
anschließender
Wiedererwärmung
des Körpers
zukommen zu lassen;
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9 ist
eine schematische Darstellung des Wärmeübertragungselements, das in
einer Ausführungsform
in der Vena cava superior verwendet wird;
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10 ist
ein Diagramm, das die bevorzugte Kühlung der Organe des Körpers mit
hohem Blutdurchfluß bei
einer Hypothermie-Therapie zeigt; und
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11 ist
ein Flußdiagramm,
das ein exemplarisches erfindungsgemäßes Verfahren zeigt, das Heizdecken
und thermoregulierende Medikamente verwendet.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Überblick
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Ein
ein- oder zweistufiges Verfahren und eine ein- oder zweistückige Vorrichtung
können
verwendet werden, um die Tem peratur eines Körpers intravaskulär herabzusetzen,
um eine therapeutische Hypothermie zu bewirken. Ein Kühlelement
kann in einer Vene mit hohem Durchfluß plaziert, z. B. in der Vena
cava, um dem Blut, das zum Herz strömt, Wärme zu entziehen. Diese Wärmeübertragung
bewirkt eine Abkühlung
des Blutes, das durch das Herz und somit durch das gesamte Gefäßsystem
fließt.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung können therapeutisch
verwendet werden, um einen künstlichen
Hypothermie-Zustand
hervorzurufen.
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Ein
Wärmeübertragungselement,
das Blut systemisch kühlt,
muß in
der Lage sein, die notwendige Wärmeübergangsleistung
bereitzustellen, um den gewünschten
Kühlungseffekt
im Gefäßsystem
zu bewirken. Dieser kann bis zu mehr als 300 W reichen, und er ist
zumindest teilweise vom Gewicht des Patienten und von der Blutdurchflußrate abhängig. Oberflächenmerkmale
können
am Wärmeübertragungselement
verwendet werden, um die Wärmeübergangsleistung
zu verbessern. Die Oberflächenmerkmale
und andere Komponenten des Wärmeübertragungselements
sind nachstehend ausführlich beschrieben.
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Ein
Problem bei der Hypothermie als Therapie besteht darin, daß bei dem
Versuch, die Hypothermie zu überwinden,
thermoregulierende Abwehrkräfte
des Patienten ausgelöst
werden. Es können Verfahren
und Vorrichtungen verwendet werden, um die thermoregulierende Reaktion
zu verringern. Eine Heizdecke umgibt den Patienten. Auf diese Weise kann
man dem Patient ein besseres Gefühl
der Behaglichkeit geben. Thermoregulierende Medikamente können auch
verwendet werden, um den Auslösungspunkt
herabzusetzen, bei dem das Thermoregulierungssystem beginnt, Abwehrkräfte auszulösen. Solche
Medikamente sind ausführlicher
nachstehend beschrieben. Ein Verfahren, das thermoregulierende Medikamente,
Heizdecken und Wärmeübertragungselemente
verwendet, ist nachstehend ebenfalls beschrieben.
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Anatomische Plazierung
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Die
innere Jugularvene ist die Vene, die das Blut aus dem Gehirn zurückführt. Die äußere Jugularvene
vereinigt sich mit der inneren an der Basis des Halses. Die inneren
Jugularvenen vereinigen sich mit den Schlüsselbeinvenen zu den Arm- Kopf-Venen, die wiederum
das Blut in die Vena cava superior abführen. Die Vena cava superior
führt das
Blut in den rechten Vorhof des Herzes ab, wie man mit Bezug auf 9 sehen
kann. Die Vena cava superior führt Blut
vom oberen Teil des Körpers
zum Herz.
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Ein
Kühlelement
kann in der Vena cava superior, in der Vena cava inferior oder woanders
in einer Vene plaziert werden, die in die Vena cava superior oder
anderweitig zum Herz führt,
um den Körper zu
kühlen.
Ein Arzt setzt den Katheter perkutan in die Schlüsselbein- oder innere oder äußere Jugularvene, um
Zugang zur Vena cava superior zu erlangen. Das Blut, das durch das
Wärmeübertragungselement
abgekühlt
wird, kann vom Herz verarbeitet und dem Körper in sauerstoffangereicherter
Form zugeführt werden,
um als leitendes Medium verwendet zu werden, um den Körper zu
kühlen.
Die Lunge hat eine ziemlich geringe Wärmekapazität, und somit bewirkt die Lunge
keine deutliche Wiedererwärmung
des strömenden
Blutes.
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Das
Gefäßsystem
an sich liefert vorzugsweise Blut an die Organe mit hohem Blutdurchfluß, z. B. an
das Gehirn und das Herz. Diese Organe werden vorzugsweise durch
einen solchen Vorgang gekühlt, wie
er in 10 experimentell ebenfalls dargestellt ist. 10 ist
ein Diagramm der gemessenen Temperatur gegen die Abkühlzeit.
Dieses Diagramm zeigt die Auswirkung, wenn ein Kühlelement in die Vena cava
superior eines Schafs plaziert wird. Die Kernkörpertemperatur, wie sie von
der Speiseröhrensonde
gemessen wird, ist in der Kurve 82 dargestellt. Die Gehirntemperatur
ist in der Kurve 86 dargestellt. Man kann erkennen, daß die Gehirntemperatur
schneller abnimmt als die Kernkörpertemperatur
im gesamten Experiment. Die Erfinder gehen davon aus, daß diese
Auswirkung auf die Vorzugsblutversorgung zurückzuführen ist, die für das Gehirn
und das Herz erfolgt. Diese Auswirkung kann noch deutlicher werden,
wenn die thermoregulierenden Auswirkungen, z. B. Vasokonstriktion,
auftreten, die die Tendenz haben, die Blutversorgung auf das Kerngefäßsystem und
weg vom peripheren Gefäßsystem
zu konzentrieren.
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Wärmeübertragung
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Wenn
ein Wärmeübertragungselement
annähernd
koaxial in eine Arterie oder Vene eingeführt wird, ist Zwangskonvektion
der primäre
Mechanismus der Wärmeübertragung
zwischen der Oberfläche
des Wärmeübertragungselements
und dem Blut. Konvektion beruht auf die Bewegung eines Fluids, um
Wärme zu übertragen.
Zwangskonvektion entsteht, wenn eine äußere Kraft eine Bewegung in
dem Fluid erzeugt. Im Falle des arteriellen oder venösen Blutstroms
bewirkt das schlagende Herz die Bewegung des Blutes um das Wärmeübertragungselement
herum.
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Die
Höhe der
Wärmeübergangsleistung
bzw. -rate ist proportional zur Oberfläche des Wärmeübertragungselements, der Temperaturdifferenz
und dem Wärmeübertragungskoeffizienten
des Wärmeübertragungselements.
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Die
aufnehmende Arterie oder Vene, in der das Wärmeübertragungselement plaziert
ist, hat einen begrenzten Durchmesser und eine begrenzte Länge. Somit
muß die
Oberfläche
des Wärmeübertragungselements
begrenzt sein, um eine weitgehende Verstopfung der Arterie oder
der Vene zu vermeiden und damit das Wärmeübertragungselement leicht durch
das Gefäßsystem
gleiten kann. Zur Plazierung in der Vena cava superior über die äußere Jugularvene
kann der Querschnittsdurchmesser des Wärmeübertragungselements auf etwa
5 bis 6 mm und seine Länge
auf annähernd
10 bis 15 cm begrenzt sein. Zur Plazierung in der Vena cava inferior kann
der Querschnittsdurchmesser des Wärmeübertragungselements auf 6 bis
7 mm, und seine Länge auf
annähernd
25 bis 35 cm begrenzt sein.
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Durch
eine Verringerung der Oberflächentemperatur
des Wärmeübertragungselements
kann die Temperaturdifferenz erhöht
werden. Jedoch ist die minimal zulässige Oberflächentemperatur
durch die Charakteristik des Blutes begrenzt. Blut gefriert bei
annähernd
0 °C. Wenn
sich das Blut dem Gefrierpunkt nähert,
können
sich Eis-Emboli im Blut bilden, die sich in Strömungsrichtung dahinter festsetzen, was
zu schweren Ischämieverletzungen
führt.
Ferner wird durch die Reduzierung der Temperatur des Blutes auch
seine Viskosität
erhöht,
was zu einer geringen Senkung des Wertes des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten
führt.
Zusätzlich
kann die erhöhte
Viskosität des
Blutes zu einer Erhöhung
des Druckabfalls in der Arterie führen, was den Blutstrom ins
Gehirn beeinträchtigt.
Aufgrund der oben erwähnten
Beschränkungen
ist es vorteilhaft, die minimal zulässige Oberflächentemperatur
des Kühlelements auf
annähernd
5 °C zu
begrenzen. Dies führt
zu einer maximalen Temperaturdifferenz zwischen dem Blutstrom und
dem Kühlelement
von annähernd
32 °C. Aus
anderen physiologischen Gründen
bestehen Grenzen bezüglich
der maximal zulässigen
Oberflächentemperatur
des Erwärmungselements.
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Die
Mechanismen, mit denen der Wert des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten erhöht werden
kann, sind komplex. Es ist jedoch bekannt, daß sich der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient
mit dem Grad der "Vermischungs-" oder "turbulenten" kinetischen Energie
im Fluidstrom erhöht.
Somit ist ein Blutstrom mit einem hohen Vermischungsgrad in Kontakt
mit dem Wärmeübertragungselement vorteilhaft.
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Der
Blutstrom hat einen deutlich stabileren Fluß in der Vena cava superior
als in einer Arterie. Der Blutstrom in der Vena cava superior hat
dennoch einen hohen Grad an Eigenvermischung und Turbulenz. Die
Reynoldszahlen in der Vena cava superior können beispielsweise von 2 000
bis 5 000 reichen. Die Blutkühlung
in der Vena cava superior kann aus der Verbesserung des Vermischungsgrades
durch das Wärmeübertragungselement
Nutzen ziehen, aber dieser Nutzen ist möglicherweise wesentlich geringer
als der, der durch die Eigenvermischung bewirkt wird.
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Grenzschichten
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Es
ist festgestellt worden, daß sich
während des
Herzzyklus eine dünne
Grenzschicht bildet. Grenzschichten entwickeln sich nahe dem Wärmeübertragungselement
sowie in der Nähe
der Wände der
Arterie oder Vene. Jede dieser Grenzschichten hat annähernd die
gleiche Dicke wie die Grenzschicht, die sich an der Wand der Arterie
bei Abwesenheit des Wärmeübertragungselements
entwickeln würde.
Der freie Strömungsbereich
entsteht in einem ringförmigen
Ring um das Wärmeübertragungselement.
Das verwendete Wärmeübertragungselement,
das in einem solchen Gefäß verwendet
wird, sollte die Entstehung solcher Viskositätsgrenzschichten reduzieren.
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Charakteristik und Beschreibung
des Wärmeübertragungselements
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Das
intravaskuläre
Wärmeübertragungselement
sollte flexibel sein, um in der Vena cava oder anderen Venen oder
Arterien plaziert werden zu können.
Die Flexibilität
des Wärmeübertragungselements
ist eine wichtige Charakteristik, da dieses normalerweise in eine
Vene eingeführt
wird, z. B. in die äußere Jugularvene,
und Zugang zur Vena cava superior erhält, indem es zunächst durch
eine Serie von einem oder mehreren Ästen geführt wird. Ferner besteht das
Wärmeübertragungselement
im Idealfall aus einem stark wärmeleitenden
Material, z. B. einem Metall, um die Wärmeübertragung zu erleichtern.
Die Verwendung eines stark wärmeleitenden Materials
erhöht
die Wärmeübergangsrate
bei einer gegebenen Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsfluid
in dem Wärmeübertragungselement
und dem Blut. Dies erleichtert die Verwendung eines Kühlmittels
mit einer höheren
Temperatur oder eines Erwärmungsfluids
mit einer niedrigeren Temperatur im Wärmeübertragungselement, so daß sicherere Arbeitsfluide,
z. B. Wasser oder Salzlösung,
verwendet werden können.
Stark wärmeleitenden
Materialien, z. B. Metalle, haben die Tendenz, starr zu sein. Daher
sollte die Konstruktion des Wärmeübertragungselements
die Flexibilität
in einem an sich nichtflexiblen Material erleichtern.
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Es
wird geschätzt,
daß das
Kühlelement
mindestens etwa 300 W Wärme
aufnehmen muß,
wenn es in der Vena cava superior plaziert ist, um die Temperatur
des Körpers
auf etwa zwischen 30 und 34 °C abzusenken.
Diese Temperaturen werden für
geeignet gehalten, um die Vorteile der oben beschriebenen Hypothermie
zu erreichen. Die entnommene Leistung bestimmt, wie schnell die
Zieltemperatur erreicht werden kann. Beispielsweise kann bei einer Schlaganfalltherapie,
bei die Gehirntemperatur herabgesetzt werden soll, diese bei einem
70 kg schweren Menschen um etwa 4 °C pro Stunde bei einer Entnahme
von 300 W herabgesetzt werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung verwendet einen modularen Aufbau. Dieser Aufbau erzeugt
einen wendelförmigen Blutstrom
und führt
zu einem Vermischungsgrad im Blutstrom durch periodisch abrupte
erzwungene Änderungen
in der Richtung des wendelförmigen
Blutstroms. Die abrupten Änderungen
in Strömungsrichtung
werden durch die Verwendung einer Serie von zwei oder mehr Wärmeübertragungssegmenten
erreicht, wobei jedes aus einem oder mehreren wendelförmigen Rippen
besteht. Die Verwendung von periodisch abrupten Änderungen der wendelförmigen Richtung
des Blutstroms zur Auslösung
starker freier Stromturbulenzen können mit Bezug auf eine normale
Haushaltswaschmaschine dargestellt werden. Der Rotor einer Waschmaschine
dreht sich anfänglich
in einer Richtung, was einen Laminarstrom bewirkt. Wenn der Rotor
abrupt die Richtung ändert,
wird in der gesamten Waschtrommel eine deutliche turbulente kinetische
Energie erzeugt, da die sich ändernden
Ströme
eine beliebige turbulente Bewegung in dem Gemenge aus Kleidungsstücken und
Wasser erzeugen. Diese Oberflächenmerkmale
haben auch die Tendenz, die Oberfläche des Wärmeübertragungselements zu vergrößern, was
die Wärmeübertragung
weiter verbessert.
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1 ist
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Kühlelements 14.
Das Wärmeübertragungselement 14 weist eine
Serie von langgestreckten, gelenkigen Segmenten oder Modulen 20, 22, 24 auf.
Drei solche Segmente sind in dieser Ausführungsform gezeigt, aber zwei
oder mehr solche Segmente könnten
verwendet werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Wie in 1 zu
sehen ist, ist ein erstes langgestrecktes Wärmeübertragungssegment 20 am
proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 14 angeordnet.
Eine vermischungsfördernde
Außenfläche des
Segments 20 weist vier parallele wendelförmige Rippen 28 mit
vier parallelen wendelförmigen Rillen 26 zwischen
ihnen auf. Eine, zwei, drei oder mehr parallele wendelförmige Rippen 28 können auch
verwendet werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. In dieser
Ausführungsform
haben die wendelförmigen
Rippen 28 und die wendelförmigen Rillen 26 des
Wärmeübertragungssegments 20 einen
Linksdrall, was hier als wendelförmige
Verdrehung oder Wendelung entgegen dem Uhrzeigersinn bezeichnet
wird, wenn sie sich zum distalen Ende des Wärmeübertragungssegments 20 bewegen.
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Das
erste Wärmeübertragungssegment 20 ist
mit einem zweiten langgestreckten Wärmeübertragungssegment 22 durch
einen ersten Balgteil 25 gekoppelt, der Flexibilität und Komprimierbarkeit
bietet. Das zweite Wärmeübertragungssegment 22 weist
eine oder mehrere wendelförmige
Rippen 32 mit einer oder mehreren wendelförmigen Rillen 30 zwischen
ihnen auf. Die Rippen 32 und die Rillen 30 haben
einen Rechtsdrall oder eine Wendelung im Uhrzeigersinn, während sie
sich zum distalen Ende des Wärmeübertragungssegments 22 bewegen.
Das zweite Wärmeübertragungssegment 22 ist
mit einem dritten langgestreckten Wärmeübertragungssegment 24 durch
einen zweiten Balgteil 27 gekoppelt. Das dritte Wärmeübertragungssegment 24 weist
einen oder mehrere wendelförmige
Rippen 36 mit einer oder mehreren wendelförmigen Rillen 34 zwischen ihnen
auf. Die wendelförmigen
Rippen 36 und die wendelförmigen Rillen 34 haben
einen Linksdrall oder einen Drall im entgegengesetzten Uhrzeigersinn,
während
sie sich zum distalen Ende des Wärmeübertragungssegments 24 bewegen.
Somit wechseln die aufeinanderfolgenden Wärmeübertragungssegmente 20, 22, 24 des
Wärmeübertragungselements 14 zwischen
einer Wendelung im Uhrzeigersinn und einer entgegen dem Uhrzeigersinn.
Der tatsächliche
Links- bzw. Rechtsdrall eines bestimmten Segments ist unbedeutend,
solange angrenzende Segmente einen gegenüberliegenden wendelförmigen Drall
haben.
-
Zusätzlich ermöglichen
die abgerundeten Konturen der Rippen 28, 32, 36,
daß das
Wärmeübertragungselement 14 ein
relativ atraumatisches Profil beibehält, so daß die Möglichkeit der Beschädigung der
Blutgefäßwand minimiert
wird. Ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement
kann zwei, drei oder mehr Wärmeübertragungssegmente aufweisen.
-
Die
Balgteile 25, 27 bestehen aus nahtlosen und nichtporösen Materialien,
z. B. Metall, und sind daher für
Gas undurchlässig,
was besonders je nach Typ des Arbeitsfluids, das durch das Wärmeübertragungselement 14 umgewälzt wird,
wichtig sein kann. Die Struktur der Balgteile 25, 27 erlaubt
ihnen, sich zu biegen, zu dehnen und zusammenzudrücken, was die
Flexibilität
des Wärmeübertragungselements 14 erhöht, so daß es besser
in der Lage ist, durch Blutgefäße hindurch
navigiert zu werden. Die Balgteile 25, 27 ermöglichen
auch eine axiale Kompression des Wärmeübertragungselements 14,
was das Trauma begrenzen kann, wenn das distale Ende des Wärmeübertragungselements 14 an
eine Blutgefäßwand anstößt. Die
Balgteile 25, 27 sind auch in der Lage, Tiefst-
bzw. kryogene Temperaturen ohne Verlust an Leistung zu tolerieren.
In alternativen Ausführungsformen
können
die Bälge
durch flexible Polymerschläuche
ersetzt sein, die zwischen benachbarten Wärmeübertragungssegmenten angeordnet
sind.
-
Die
Außenflächen des
Wärmeübertragungselements 14 können aus
Metall bestehen und können Materialien
mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit sein,
z. B. Nickel, so daß die
Wärmeübertragung
erleichtert wird. Als Alternative können andere Metalle, z. B.
nichtrostender Stahl, Titan, Aluminium, Silber, Kupfer und dgl.,
mit oder ohne entsprechender Beschichtung oder Behandlung zur Verbesserung
der Biokompatibilität
oder der Verhinderung von Gerinnselbildung verwendet werden. Geeignete
biokompatible Beschichtungen sind u. a. beispielsweise Gold, Platin
oder Polymerparalyen. Das Wärmeübertragungselement 14 kann
durch Aufbringen einer dünnen
Metallschicht auf eine Spindel hergestellt werden, die das entsprechende
Muster hat. Auf diese Weise kann das Wärmeübertragungselement 14 preiswert
in großen
Mengen hergestellt werden, was ein wichtiger Gesichtspunkt bei einem
medizinischen Einweggerät
ist.
-
Da
sich das Wärmeübertragungselement 14 über längere Zeiträume, z.
B. etwa 24 bis 48 Stunden oder noch länger, in dem Blutgefäß befindet,
kann es erwünscht
sein, die Oberfläche
des Wärmeübertragungselements 14 zu
behandeln, um Gerinnselbildung zu vermeiden. Insbesondere ist möglicherweise erwünscht, die
Balgteile 25, 27 zu behandeln, da eine Stagnation
des Blutstroms in den Faltungen auftreten kann, so daß sich Gerinnsel
bilden und an der Oberfläche
haften können,
um einen Thrombus zu bilden. Ein Mittel, mit dem eine Thrombusbildung
verhindert werden kann, besteht darin, ein thrombosehemmendes Mittel
an die Oberfläche
des Wärmeübertragungselements 14 zu
binden. Beispielsweise verhindert bekanntlich Heparin die Gerinnselbildung
und ist ebenfalls bekanntermaßen
als Biobeschichtung geeignet. Als Alternative können die Oberflächen des Wärmeübertragungselements 14 mit
Ionen, z. B. Stickstoffionen, bombardiert werden. Die Bombardierung
mit Stickstoff kann die Oberfläche
härten
und glätten
und somit das Haften von Gerinnselbildungsfaktoren verhindern. Eine
weitere Beschichtung, die vorteilhafte Eigenschaften aufweist, kann
eine Schmierungsbeschichtung sein. Schmierungsbeschichtungen sowohl
auf dem Wärmeübertragungselement
als auch auf dem zugehörigen
Katheter ermöglichen
beispielsweise in der Vena cava eine leichtere Plazierung.
-
2 ist
eine Längsschnittansicht
des Wärmeübertragungselements 14 in
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
geschnitten entlang der Linie 2-2 in 1. Bestimmte
innere Konturen sind der Deutlichkeit halber weggelassen. Die innere
Röhre 42 erzeugt
ein inneres Lumen 40 und ein äußeres Lumen 46 in
dem Wärmeübertragungselement 14. Wenn
das Wärmeübertragungselement 14 im
Blutgefäß angeordnet
ist, kann ein Arbeitsfluid, z. B. eine Salzlösung oder eine andere wäßrige Lösung, durch das
Wärmeübertragungselement 14 hindurch
umgewälzt
werden. Das Fluid strömt
entlang eines Zuführungskatheters
in das innere Lumen 40. Am distalen Ende des Wärmeübertragungselements 14 tritt
das Arbeitsfluid aus dem inneren Lumen 40 aus und tritt in
das äußere Lumen 46 ein.
Da das Arbeitsfluid durch das äußere Lumen 46 fließt, wird
die Wärme vom
Arbeitsfluid an die Außenfläche 37 des
Wärmeübertragungselements 14 übertragen.
Da das Wärmeübertragungselement 14 aus
einem Material mit hoher Leitfähigkeit
besteht, kann die Temperatur seiner Außenfläche 37 sehr nahe an
die Temperatur des Arbeitsfluids heranreichen. Die Röhre 42 kann
als isolierender Teiler ausgebildet sein, um das innere Lumen 40 vom äußeren Lumen 46 thermisch
zu trennen. Beispielsweise kann eine Isolierung dadurch erreicht
werden, daß sich
in Längsrichtung
erstreckende Luftkanäle
in der Wand der Isolierröhre
bilden. Als Alternative kann die Isolierröhre 42 aus einem nichtwärmeleitenden
Material wie Polytetrafluorethylen oder einem anderen Polymer bestehen.
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Man
beachte, daß die
gleichen Mechanismen, die die Wärmeübergangsleistung
zwischen der Außenfläche 37 des
Wärmeübertragungselements 14 und
dem Blut bestimmen, auch die Wärme übergangsleistung
zwischen dem Arbeitsfluid und der Innenfläche 38 des Wärmeübertragungselements 14 bestimmen.
Die Wärmeübertragungscharakteristik der
Innenfläche 38 ist
besonders wichtig, wenn Wasser, Salzlösung oder ein anderes Fluid,
das eine Flüssigkeit
bleibt, als Arbeitsfluid verwendet wird. Weitere Kältemittel,
z. B. Freon, unterliegen einer Bläschenverdampfung und bewirken
den Mischvorgang durch einen anderen Mechanismus. Salzlösung ist
ein sicheres Arbeitsfluid, da sie nicht toxisch ist, und ein Entweichen
von Salzlösung
führt nicht
zu einer Gasembolie, die bei Verwendung von kochenden Kältemitteln
auftreten könnte.
Da der Mischvorgang im Arbeitsfluid durch die Form der Innenfläche 38 des Wärmeübertragungselements 14 verbessert
wird, kann das Arbeitsfluid an das Kühlelement 14 bei einer
höheren
Temperatur abgegeben werden und dennoch die notwendige Abkühlgeschwindigkeit
erreichen. Da der Mischvorgang im Arbeitsfluid durch die Form der
Innenfläche
des Wärmeübertragungselements
verbessert wird, kann das Arbeitsfluid ebenso an das Erwärmungselement 14 bei
einer niedrigeren Temperatur abgegeben werden und dennoch die notwendige
Erwärmungsgeschwindigkeit
erreichen.
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Dies
hat eine Anzahl von Vorteilen beim Isolationsbedarf entlang der
Länge des
Katheterschafts. Aufgrund des geringeren Isolationsbedarfs kann
der Katheterschaftdurchmesser kleiner ausgeführt sein. Die verbesserte Wärmeübertragungscharakteristik der
Innenfläche
des Wärmeübertragungselements 14 ermöglicht es
auch, daß das
Arbeitsfluid an das Wärmeübertragungselement 14 bei
niedrigeren Durchflußraten
und niedrigeren Drücken
abgegeben werden kann. Hohe Drücke
können
das Wärmeübertragungselement
steif machen und bewirken, daß es gegen
die Wand des Blutgefäßes stößt, wodurch
ein Teil der Außenfläche 37 des
Wärmeübertragungselements 14 vom
Blut abgeschirmt ist. Wegen der erhöhten Wärmeübertragungscharakteristik,
die durch die alternierenden wendelförmigen Rippen 28, 32, 36 erreicht
wird, kann der Druck des Arbeitsfluids immerhin 5 Atmosphären, 3 Atmosphären, 2 Atmosphären oder
sogar weniger als 1 Atmosphäre
betragen.
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3 ist
eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselements 14, geschnitten
an einer Stelle, die mit der Linie 3-3 in 1 bezeichnet
ist. 3 stellt eine fünfrippige Ausführungsform
dar, während 1 eine
vierrippige Ausführungsform
darstellt. Wie bereits erwähnt, könnte eine
beliebige Anzahl von Rippen verwendet werden. In 3 ist
der Aufbau des Wärmeübertragungselements 14 deutlich
dargestellt. Das innere Lumen 40 wird begrenzt durch die
Isolierröhre 42. Das äußere Lumen 46 wird
begrenzt durch die Außenfläche der
Isolierröhre 42 und
die Innenfläche 38 des
Wärmeübertragungselements 14.
Außerdem sind
die wendelförmigen
Rippen 32 und die wendelförmigen Rillen 30 in 3 zu
sehen. Obwohl 3 vier Rippen und vier Rillen
zeigt, kann die Anzahl der Rippen und Rillen variieren. Wärmeübertragungselemente
mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Rippen werden also insbesondere
in Erwägung
gezogen.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragungselements 14 bei
Verwendung in einem Blutgefäß und zeigt
der deutlichen Darstellung halber nur eine wendelförmige Keule
pro Segment. Beginnend am proximalen Ende des Wärmeübertragungselements (in 4 nicht
gezeigt) bewirkt, wenn sich das Blut vorwärtsbewegt, das erste wendelförmige Wärmeübertragungssegment 20 ein
Trägheitsmoment
im Uhrzeigersinn. Wenn das Blut das zweite Segment 22 erreicht,
wird die Drehrichtung des Trägheitsmoments
umgekehrt, was einen Mischvorgang im Blut bewirkt. Wenn das Blut
das dritte Segment 24 erreicht, wird ferner die Drehrichtung des
Trägheitsmoments
wiederum umgekehrt. Die plötzlichen Änderungen
der Strömungsrichtung
reorientieren und randomisieren die Geschwindigkeitsvektoren aktiv,
wobei ein Mischvorgang im gesamten Blutstrom sichergestellt wird.
Während
dieses Mischvorgangs werden die Geschwindigkeitsvektoren des Blutes
immer zufälliger
und liegen in bestimmten Fällen
senkrecht zur Achse des Gefäßes. Ein
großer
Teil des Volumens des warmen Blutes im Gefäß wird also aktiv mit dem Wärmeübertragungselement 14 in Kontakt
gebracht, wo es durch direkten Kontakt und weniger durch Abkühlung im
großen
und ganzen infolge von Wärmeleitung
durch angrenzenden Laminarschichten des Blutes abgekühlt wird.
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Wiederum
mit Bezug auf 1 ist das Wärmeübertragungselement 14 so
ausgeführt,
daß es alle
oben beschriebenen Konstruktionskriterien erfüllt. Zuerst ist das Wärmeübertragungselement 14 flexibel
und besteht aus einem stark leitendem Material. Die Flexibilität ist durch
eine Segmentteilung der Balgteile 25, 27 gegeben,
die einen Bindegliedmechanismus bereitstellen. Bälge haben eine bekannte Faltenstruktur,
die Flexibilität
ermöglicht.
Zweitens ist die Außenfläche 37 durch
die Verwendung der wendelförmigen
Rippen 28, 32, 36 und die wendelförmigen Rillen 26, 30, 34 erhöht worden.
Die Rippen ermöglichen
auch, daß das
Wärmeübertragungselement 14 ein
relativ atraumatisches Profil beibehält, wobei die Möglichkeit
der Beschädigung
der Gefäßwand minimiert
wird. Drittens ist das Wärmeübertragungselement 14 so
ausgeführt,
daß ein
Mischvorgang sowohl innen als auch außen gefördert wird. Der modulare oder
segmentierte Aufbau ermöglicht, daß die Richtung
der Rillen zwischen den Segmenten umgekehrt werden kann. Die alternierenden Wendelungen
erzeugen einen alternierenden Strom, der zum Mischen des Blutes
analog zum Mischvorgang führt,
der durch den Rotor einer Waschmaschine erzeugt wird, die die Richtung
vor und zurück
umschaltet. Dieser Vorgang ist beabsichtigt, um den Mischvorgang
zu fördern,
um die Wärmeübergangsrate
zu erhöhen.
Die alternierende wendelförmige Konstruktion
löst auch
eine vorteilhafte Vermischungs- oder turbulente kinetische Energie
des Arbeitsfluids aus, das nach innen fließt.
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5 ist
eine perspektivische Teilschnittansicht einer alternativen Ausführungsform
des Wärmeübertragungselements 50.
Eine Außenfläche 52 des
Wärmeübertragungselements 50 ist
mit einer Serie von axial versetzten Vorsprüngen 54 überzogen.
Die versetzten Anordnung der äußeren Vorsprünge 54 ist
mit Bezug auf 6 ohne weiteres zu erkennen,
die eine Querschnittansicht ist, die an der Stelle geschnitten ist,
die mit der Linie 6-6 in 5 bezeichnet ist. Wenn das Blut
entlang der Außenfläche 52 strömt, kollidiert
es mit einem der versetzten Vorsprünge 54, und hinter
dem Vorsprung ein turbulenter Strom wird erzeugt. Wenn sich das
Blut teilt und entlang des ersten versetzten Vorsprungs 54 verwirbelt,
trifft sein turbulenter Wirbel auf seinem Weg auf einen versetzten
Vorsprung 54 und verhindert dabei die erneute Schichtbildung
des Stroms und bewirkt einen noch besseren Mischvorgang. Auf diese
Weise werden die Geschwindigkeitsvektoren randomisiert, und der
Mischvorgang erfolgt nicht nur in der Grenzschicht, sondern auch
im gesamten großen
Teil des freien Stroms. Wie es bei der bevorzugten Ausführungsform
der Fall ist, bewirkt diese Geometrie auch eine Mischwirkung auf
den inneren Arbeitsfluidstrom.
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Ein
Arbeitsfluid wird durch ein inneres Lumen 56 hindurch,
das durch eine Isolierröhre 58 gebildet wird,
bis zu einer distalen Spitze des Wärmeübertragungselements 50 in
Umlauf versetzt. Das Arbeitsfluid durchläuft dann ein äußeres Lumen 60,
um Wärme zur
Außenfläche 52 des
Wärmeübertragungselements 50 zu übertragen.
Die Innenfläche
des Wärmeübertragungselements 50 gleicht
der Außenfläche 52,
um einen turbulenten Strom des Arbeitsfluids zu bewirken. Die inneren
Vorsprünge
können
mit den äußeren Vorsprüngen 54 ausgerichtet
sein, wie in 6 gezeigt, oder sie können in
bezug auf die äußeren Vorsprünge 54 versetzt
sein, wie in 5 gezeigt.
-
Verfahren
der Anwendung
-
7 ist
eine schematische Darstellung der Erfindung, die verwendet wird,
um den Körper
eines Patienten zu kühlen
und einen Teil des Körpers
zu wärmen.
Die in 7 gezeigte Hypothermievorrichtung weist eine erste
Arbeitsfluidzuführung 10,
die vorzugsweise eine gekühlte
Flüssigkeit,
z. B. Wasser, Alkohol oder einen Halogenkohlenwasserstoff, zuführt, einen
ersten Zuführungskatheter 12 und
das Kühlelement 14 auf.
Der erste Zuführungskatheter 12 kann
im wesentlichen einen koaxialen Aufbau haben. Ein inneres Lumen
in einem ersten Zuführungskatheter 12 nimmt
ein Kühlmittel
von der ersten Arbeitsfluidzuführung 10 auf.
Das Kühlmittel
strömt
entlang der Länge
des ersten Zuführungskatheters 12 zum
Kühlelement 14,
das als Kühlspitze
des Katheters dient. Am distalen Ende des Kühlelements 14 tritt
das Kühlmittel
aus dem isolierten inneren Lumen aus und strömt entlang der Länge des
Kühlelements 14,
um die Temperatur des Kühlelements 14 zu
verringern. Das Kühlmittel
strömt
dann durch ein äußeres Lumen des
ersten Zuführungskatheters 12,
so daß es
entsorgt oder in den Kreislauf zurückgeführt wird. Der erste Zuführungskatheter 12 ist
ein flexibler Katheter mit einem Durchmesser, der so klein ist,
daß sein
distales Ende perkutan in eine zugängliche Vene, z. B. die äußere Jugularvene
eines Patienten, eingeführt werden
kann, wie in 7 gezeigt. Der erste Zuführungskatheter 12 ist
so lang, daß das
Kühlelement 14 am
distalen Ende des ersten Zuführungskatheters 12 durch
das Gefäßsystem
des Patienten geführt
werden und in der Vena cava superior 62, der Vena cava inferior
(nicht dargestellt) oder einer anderen solchen Vene plaziert werden
kann.
-
Das
Verfahren zum Einführen
des Katheters in den Patienten und des Führens des Kühlelements 14 in die
gewählte
Vene ist dem Fachmann bekannt. Die perkutane Plazierung des Wärmeübertragungselements 14 in
der Jugularvene erfolgt direkt, da die Jugularvene nahe der Oberfläche ist.
Der Katheter würde
in der inneren Jugularvene verbleiben und in die Vena cava superior
oder in den rechten Vorhof geführt
werden.
-
Obwohl
die Arbeitsfluidzuführung 10 als
exemplarische Kühlvorrichtung
dargestellt ist, können andere
Vorrichtungen und Arbeitsfluide verwendet werden. Um Kühlung zu
erreichen, können
beispielsweise Freon, Perfluorkohlenstoff, Wasser oder Salzlösung sowie
weitere solche Kühlmittel
verwendet werden.
-
Das
Kühlelement
kann bis zu oder mehr als 300 W Wärme aus dem Blutstrom aufnehmen,
was zu einer Entnahme von immerhin 100 W, 150 W, 170 W oder mehr
aus dem Gehirn führt.
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Heizdecken
-
7 zeigt
auch ein Heizelement 66, das als Heizdecke dargestellt
ist. Heizdecken 66 sind im allgemeinen mit Zwangswarmluftgebläse ausgerüstet, das
erwärmte
Luft durch Luftlöcher
in der Decke in Richtung des Patienten bläst. Diese Art von Erwärmung erfolgt über die
Hautoberfläche
des Patienten und ist insbesondere von der Größe der Oberfläche des
Patienten abhängig.
Wie in 7 gezeigt, kann die Heizdecke 66 den
größten Teil
des Patienten bedecken, um den Patienten zu erwärmen und ihm ein Behaglichkeitsgefühl zu geben.
Die Heizdecke 66 muß nicht
das Gesicht und den Kopf des Patienten bedecken, damit der Patient
leichter atmen kann.
-
Die
Heizdecke 66 erfüllt
mehrere Zwecke. Durch Erwärmung
des Patienten wird Vasokonstriktion vermieden. Der Patienten fühlt sich
wohler. Beispielsweise stimmt man im allgemeinen darin überein,
daß der
Patient sich bei jedem Grad Kernkörpertemperaturverringerung
weiterhin wohlfühlt,
wenn er eine Erhöhung
der Oberflächen-(Haut-)Temperatur um
5° erfährt. Krämpfe infolge
einer Ganzkörperhypothermie
können
vermieden werden. Die Temperatursteuerung des Patienten kann bequem
erfolgen, wenn der Arzt eine weitere Variable (die Wärmemenge)
hat, die reguliert werden kann.
-
Die
praktische Umsetzung der Erfindung ist in dem nachfolgenden nichteinschränkenden
Beispiel dargestellt.
-
Exemplarisches Verfahren
-
- 1. Der Patient wird beurteilt, wiederbelebt
und stabilisiert.
- 2. Der Eingriff bzw. das Verfahren kann in einer Angiographie-Einheit
oder chirurgischen Einheit durchgeführt werden, die mit Fluoroskopie
ausgerüstet
ist.
- 3. Eine Ultraschallaufnahme oder Angiogramm der Vena cava superior
und der äußeren Jugularvene
können
verwendet werden, um den Gefäßdurchmesser
und den Blutstrom zu bestimmen; ein Katheter mit einem entsprechend
bemessenen Wärmeübertragungselement
kann gewählt werden.
- 5. Nach Beurteilung der Venen wird der Patient steril präpariert,
und es erfolgt eine Infiltration mit Lidokain in einem Bereich,
wo Zugang zur Femoralarterie besteht.
- 6. Die äußere Jugularvene
wird kanüliert,
und ein Führungsdraht
kann in die Vena cava superior eingeführt werden. Die Plazierung
des Führungsdrahtes
wird mit Fluoroskopie überwacht.
- 7. Ein Angiographiekatheter kann über den Draht zugeführt und
ein Kontrastmittel in die Vene injiziert werden, um die Anatomie
bei Bedarf weiter zu beurteilen.
- 8. Als Alternative kann die äußere Jugularvene kanülisiert
werden, und eine Einleitungshülle
der Größe 10 bis
12,5 French (f) wird plaziert.
- 9. Ein Führungskatheter
wird in der Vena cava superior plaziert. Wenn der Führungskatheter
plaziert ist, kann er verwendet werden, um ein Kontrastmittel direkt
abzugeben, um die Anatomie weiter zu beurteilen.
- 10. Der Kühlkatheter
wird mittels des Führungskatheters
oder des Führungsdrahts
in die Vena cava superior eingeführt.
- 11. Die Plazierung wird bei Bedarf mit Fluoroskopie verfolgt.
- 12. Als Alternative hat der Kühlkatheterschaft eine ausreichende
Schubfähigkeit
und Wendigkeit, um in der Vena cava superior ohne Hilfe eines Führungsdrahts
oder Führungskatheters
plaziert zu werden.
- 13. Der Kühlkatheter
ist mit einem Pumpenkreislauf verbunden und auch mit einer Salzlösung frei von
Luftblasen gefüllt.
Der Pumpenkreislauf hat ein Wärmetauscherteil,
das in ein Wasserbad getaucht ist, und Schlauchleitungen, die mit
einer Peristaltikpumpe verbunden sind. Das Wasserbad ist auf annähernd 0 °C gekühlt.
- 14. Die Kühlung
wird durch das Starten des Pumpmechanismus ausgelöst. Die
Salzlösung
im Kühlkatheter
wird mit 5 cm3/s umgewälzt. Die Salzlösung strömt durch
den Wärmetauscher
im gekühlten
Wasserbad und wird auf annähernd
1 °C gekühlt.
- 15. Die Salzlösung
tritt danach in den Kühlkatheter
ein, wo sie an das Wärmeübertragungselement
abgegeben wird. Die Salzlösung
wird auf annähernd
5 bis 7 °C
erwärmt,
während
sie entlang des inneren Lumens des Katheterschafts zum Ende des
Wärmeübertragungselements strömt.
- 16. Die Salzlösung
strömt
dann durch das Wärmeübertragungselement
in Kontakt mit der metallischen Innenfläche zurück. Die Salzlösung wird im
Wärmeübertragungselement
auf 12 bis 15 °C weiter
erwärmt,
und dabei wird Wärme
aus dem Blut absorbiert, wobei das Blut auf 30 bis 35 °C abgekühlt wird.
In dieser Zeit wird der Patient mit einer äußeren Wärmequelle, z. B. einer Heizdecke,
gewärmt.
- 17. Das gekühlte
Blut strömt
dann weiter, um den Körper
zu kühlen.
Es wird geschätzt,
daß weniger als
eine Stunde erforderlich ist, um das Gehirn auf 30 bis 35 °C zu kühlen.
- 18. Die erwärmte
Salzlösung
strömt
zurück
in das äußere Lumen
des Katheterschafts und wird in das gekühlte Wasserbad zurückgeführt, wo
diese auf 1 °C
abgekühlt
wird.
- 19. Die Druckabfälle
entlang der Länge
des Kreislaufs werden auf 1 bis 10 Atmosphären geschätzt.
- 20. Die Kühlung
kann durch Erhöhung
oder Verringerung der Durchflußrate
der Salzlösung
reguliert werden. Durch Überwachung
des Temperaturabfalls der Salzlösung
entlang des Wärmeübertragungselements
kann der Strom reguliert werden, um den gewünschten Kühleffekt beizubehalten.
- 21. Der Katheter wird an Ort Stelle belassen, um die Kühlung beispielsweise
für 8 bis
48 Stunden durchzuführen.
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Mit
Bezug auf 8 ist eine alternative Ausführungsform
dargestellt, bei der das Wärmeübertragungselement 14 von
einer Achselvene und nicht von der äußeren Jugularvene in der Vena
cava superior 62 plaziert wird. Es wird davon ausgegangen,
daß die folgenden
Venen geeignet sind, das Wärmeübertragungselement
perkutan einzuführen:
Femoral-, innere Jugular-, Schlüsselbeinvene
und weitere Venen ähnlicher
Größe und Lage.
Es wird auch davon ausgegangen, daß man das Wärmeübertragungselement in den folgenden
Venen anordnen kann: Vena cava inferior, Vena cava superior, Femoralvene,
innere Jugularvene und weitere Venen gleicher Größe und Lage.
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9 zeigt
einen Schnitt des Herzes, bei dem das Wärmeübertragungselement 14 in
der Vena cava superior 62 angeordnet ist. Das Wärmeübertragungselement 14 hat
drehende wendelförmige
Rillen 22 sowie im Gegensinn drehende wendelförmige Rillen 24.
Zwischen den drehenden und sich im Gegensinn drehenden Rillen befinden
sich Bälge 27.
Man geht davon aus, daß eine
derartige Konstruktion die Nußelt-Zahl
für den
Blutstrom in der Vena cava superior um etwa 5 bis 80 erhöht.
-
Thermoregulierende Medikamente
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Die
vorstehende Beschreibung offenbart mechanische Verfahren zur Wiedererwärmung eines Patienten
oder von Abschnitten eines Patienten, um die schädlichen Folgen einer Ganzkörperhypothermie
zu minimieren. Ein weiterer Vorgang, der entwe der gleichzeitig oder
anstelle der mechanischen Erwärmung
durchgeführt
werden kann, ist die Verabreichung von vasokonstriktionshemmenden
und schüttelfrosthemmenden
Medikamenten. Solche Medikamente minimieren die Wirkung der Vasokonstriktion, die
ansonsten die Wärmeübertragung
und somit die Kühlung
des Patienten behindern kann. Im allgemeinen besteht die Tendenz,
daß Hypothermie
aggressive thermoregulierende Abwehrmaßnahmen im menschlichen Körper auslöst. Solche
Medikamente verhindern auch solche Reaktionen wie Schüttelfrost, der
einen Schaden an einem herzgeschädigten
Patienten durch Erhöhung
seines Energieumsatzes bis zu gefährlichen Werten bewirken kann.
-
Um
die Effektivität
der thermoregulierenden Abwehrmaßnahmen während der therapeutischen Hypothermie
zu begrenzen, können
Medikamente verwendet werden, die thermoregulierende Toleranz ermöglichen.
Viele verschiedene dieser Medikamente sind bisher entdeckt worden.
Beispielsweise können
Clonidin, Meperidin, eine Kombination aus Clonidin und Meperidin,
Propofol, Magnesium, Dexmedetomidin und andere solche Medikamente
verwendet werden.
-
Es
ist bekannt, daß bestimmte
Medikamente die Thermoregulierung im Verhältnis zu ihren Anästhesieeigenschaften
im großen
und ganzen verhindern. Schnell verdunstbare Anästhetika (Isofluran, Desfluran
usw.), Propofol usw., sind effektiver bei der Verhinderung der Thermoregulierung
als Opioide, die wiederum effektiver sind als Midazolam und die
zentralen Alpha-Agonisten. Man geht davon aus, daß das Kombinationsmedikament
aus Clonidin und Meperidin die Vasokonstriktions- und die Schüttelfrostschwelle
synergetisch reduziert, die Zunahme und die maximale Intensität der Vasokonstriktion
und des Schüttelfrostes
synergetisch reduziert und eine ausreichende Verhinderung der thermoregulierenden Aktivität bewirkt,
um eine zentrale kathetergestützte Kühlung auf
32 °C ohne übermäßige Hypotonie,
Aktivierung des vegetativen Nervensystems oder Sedierung und Atmungsbeeinträchtigung
zu ermöglichen.
-
Diese
Medikamente können
besonders wichtig sein, wenn ein schneller Einsatz der thermoregulierenden
Abwehrkräfte
gegeben ist. Beispielsweise kann Vasokonstriktion bei Temperatu ren
von nur 1/2° unter
der normalen Körpertemperatur
einsetzen. Schüttelfrost
setzt nur einen Bruchteil eines Grades unterhalb der Vasokonstriktion
ein.
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Die
Temperatur, auf die das Blut abgesenkt wird, kann derartig sein,
daß keine
thermoregulierenden Reaktionen ausgelöst werden. Beispielsweise können thermoregulierende
Reaktionen bei einer Temperatur von 1 bis 1 1/2° unter der Normaltemperatur
ausgelöst
werden. Wenn die normale Körpertemperatur
37 °C beträgt, können also
thermoregulierende Reaktionen bei 35 °C einsetzen. Thermoregulierende
Medikamente können
verwendet werden, um die Temperatur der thermoregulierenden Auslösungsschwelle
auf 33 °C
herabzusetzen. Die Verwendung der oben beschriebenen Heizdecken
kann eine noch weitere Abkühlung
des Patienten ermöglichen.
Um beispielsweise die Temperatur eines Patienten von 33 °C auf 31 °C, also um
eine Temperaturdifferenz von 2 °C
abzusenken, muß ein
Anstieg um 2 mal 5° oder
10° Oberflächentemperatur
der Haut des Patienten erfolgen, damit der Patient die Extraabkühlung um
2 °C nicht
fühlt.
-
Ein
Verfahren, das die thermoregulierende Medikamentenmethodologie und
die Heizdeckenmethodologie kombiniert, ist mit Bezug auf 11 beschrieben.
Diese Figur ist rein exemplarisch. Normale Körpertemperaturen von Patienten
variieren ebenso wie ihre thermoregulierenden Schwellen.
-
Wie
in 11 gezeigt, kann der Patient mit einer normalen
Körpertemperatur
von 37 °C
und einer normalen thermoregulierenden Schwelle von 35 °C beginnen
(Schritt 102). Das heißt,
bei 35 °C
würde bei
dem Patienten Schüttelfrost
und Vasokonstriktion beginnen. Ein thermoregulierendes Medikament kann
verabreicht werden (Schritt 104), um die thermoregulierende
Reaktion zu unterdrücken,
wodurch die Schwelltemperatur auf beispielsweise 35 °C geändert wird.
Dieser neue Wert ist in Schritt 106 gezeigt. Das Wärmeübertragungselement
wird dann in einer Vene mit hohem Durchfluß plaziert, z. B. in der Vena
cava superior oder inferior oder in beiden (Schritt 108).
Die Kühlung
kann erfolgen, um die Temperatur des Blutes herabzusetzen (Schritt 110). Die
Kühlung
kann so erfolgen, wie vorstehend ausführlich beschrieben. Die Kühlung führt dazu,
daß der Patient
eine Hypothermie erleidet und eine hypothermische Temperatur von
beispielsweise 33 °C
erreicht (Schritt 112). Weitere Kühlung kann in diesem Stadium
erfolgen, aber da die thermoregulierende Schwelle nur auf 33 °C herabgesetzt
worden ist (Schritt 112), würden Schüttelfrost und Vasokonstriktion
gesundheitsschädigend
auftreten. Damit wäre
der Vorgang abgeschlossen. Als Alternative kann eine zusätzliche Medikamententherapie
verabreicht werden, um die thermoregulierende Schwelle weiter herabzusetzen.
-
Eine
alternative Möglichkeit,
die thermoregulierende Schwelle herabzusetzen, besteht darin, eine Heizdecke
zu verwenden. Wie oben ausgeführt,
lautet eine allgemeine Faustregel, daß das Behaglichkeitsgefühl eines
Patienten konstant bleibt, auch wenn seine Körpertemperatur um 1 °C herabgesetzt wird,
solange eine Heizdecke, die 5 °C
wärmer
ist als seine Haut, auf einen wesentlichen Teil der Oberfläche des
Patienten aufgelegt wird (Schritt 114). Für eine Körpertemperaturreduzierung
um 2 °C
würde eine
Decke mit 10 °C
(wärmer
als die Hauttemperatur) aufgelegt werden. Natürlich ist auch bekannt, daß Decken,
die wärmer
sind als etwa 42 °C,
die Haut des Patienten zerstören
können,
wobei es sich hierbei dann um die obere Grenze der Deckentemperatur
handelt. Die Körpertemperatur
des Patienten kann unter Verwendung einer Heizdecke weiter herabgesetzt
werden. Für
jede Reduzierung der Körpertemperatur
um 1 °C
(Schritt 116) kann die Heizdeckentemperatur um 5 °C angehoben
werden (Schritt 118). Nach jeder Reduzierung der Körpertemperatur kann
der Arzt entscheiden, ob er den Kühlprozeß fortsetzt oder nicht (Schritt 120).
Nach der Kühlung können bei
Bedarf andere Vorgänge
durchgeführt werden
(Schritt 122), und der Patient kann dann wiedererwärmt werden
(Schritt 124).
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Man
beachte, daß die
beiden alternativen Verfahren zur thermoregulierenden Reaktionsreduzierung
unabhängig
voneinander durchgeführt
werden können.
Das heißt,
entweder können
thermoregulierende Medikamente oder Heizdecken ohne Verwendung des
jeweils anderen verwendet werden. Das in 11 dargestellte
Flußdiagramm
kann unter Weglassung entweder des Schritts 104 oder der Schritte 114 und 118 verwendet
werden.
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Vasokonstriktionstherapien
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10 zeigt
die schnellere Reaktion der Organe mit hohem Blutdurchfluß auf eine
Hypothermie als die des peripheren Kreislaufs. Diese Reaktion kann
beibehalten oder verbessert werden, indem als alternatives Verfahren
zur Einleitung von Hypothermie eine Kühldecke anstelle einer Heizdecke
aufgelegt. Die Kühldecke
kann dazu dienen, Vasokonstriktion der Gefäße im peripheren Kreislauf
zu bewirken, wobei der Blutstrom weiterhin zum Herzen und zum Gehirn
gelenkt wird.
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Ein
alternatives Verfahren zur Durchführung der gleichen Funktion
besteht darin, getrennte Vasokonstriktionsmedikamente zu verabreichen,
die den hinteren Hypothalamus so beeinflussen, daß Vasokonstriktion
im peripheren Kreislauf erfolgt, während der Kreislauf des Herzes
und des Gehirns ungehindert fortgesetzt werden kann. Solche Medikamente sind
bekannt und weisen Alpha-Rezeptor-Medikamente auf. Diese Medikamente
sowie die oben beschriebenen Kühldecken
können
auch einen Gegenstrom-Austausch verbessern, wobei wiederum die Kühlung in
Richtung des Herzes und des Gehirns verstärkt wird. Im allgemeinen wäre jedes
Medikament oder jede Kühldecke,
die ausreichende Kühlung
ermöglicht,
um eine großflächige periphere
Vasokonstriktionsreaktion auf der Haut auszulösen, in der Lage, den kühlenden
Blutstrom in Richtung des Gehirns und des Herzes (nämlich die "zentralen" Volumen) zu forcieren.
In dieser Anmeldung bezeichnet der Begriff "peripherer Kreislauf" oder "peripheres Gefäßsystem" den Teil des Gefäßsystems, der Beine, Arme,
Muskeln und Haut versorgt.
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Zusätzliche Therapien
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Wenn
wir uns nunmehr nach den thermoregulierenden Medikamenten zusätzlichen
Therapien zuwenden, so können
das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch eine große
Rolle bei der Behandlung einer Vielzahl verschiedener Krankheiten
in Verbindung mit Zellschädigungen
spielen.
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Schlaganfall
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Eine
Patentanmeldung, die hierin durch Bezug aufgenommen wird, offenbart
Vorrichtungen und Verfahren zur Verbesse rung der Fibrinolyse eines Gerinnsels
durch Kühlung
des Blutstroms in einer Arterie. Die Erfindung kann auch Blutkühlung verwenden,
um die Aggregation von Thrombozyten wesentlich zu reduzieren, da
eine deutliche Reduzierung der Aktivität der Thrombozyten bei reduzierten
Temperaturen erfolgt. Eine solche Reduzierung kann durch Inhibition
der Enzymfunktion erfolgen, obwohl die tatsächliche Methodologie nicht
klar ist. Diese Reduzierung der Thrombozytenaggregation sowie die
oben erwähnte
verbesserte Fibrinolyse können
die gegenwärtige
Abhängigkeit
von solchen Medikamenten wie tPA oder Rheopro reduzieren oder beseitigen.
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Myokardinfarkt
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Die
oben beschriebene Venenkühlung
kann auch eine Anzahl von Vorteilen für den Patienten, der einen
Myokardinfarkt erlitten hat, mit sich bringen.
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Gegenwärtige Therapien
zur Behandlung eines Myokardinfarkts umfassen drei Gebiete. Thrombolyse
oder Stenting werden verwendet, um den Rückfluß herzustellen. Die Sauerstoffversorgung wird
erhöht
durch direktes Versorgen des Patienten mit Sauerstoff und durch
Vasodilation mit Nitraten. Und der Sauerstoffbedarf wird durch Verringerung der
Herzfrequenz und des Blutdrucks verringert.
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Erfindungsgemäße Vorrichtungen
und Verfahren können
in einer Kombination mit diesen gegenwärtigen Therapien gut wirken.
Beispielsweise können
das Verfahren und die Vorrichtung den Bedarf an Sauerstoff für das Herz
durch Bereitstellung von gekühltem
Blut für
das Herz verringern. Das gekühlte
Blut wiederum kühlt
die Innenkammern des Herzes im wesentlichen von innen. Herzen, die
einen Myokardinfarkt erlitten haben, können aufgrund des erregten
Zustands des Opfers sehr schnell schlagen. Das abgekühlte Blut
kann jedoch einen Zustand der Bradykardie hervorrufen, die den Sauerstoffbedarf des
Herzes an sich reduziert.
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Um
den Rückfluß und die
Sauerstoffversorgung herzustellen, kann die oben beschriebene, verbesserte
Fibrinolyse auch das Gerinnsel auflösen, so daß ein größerer Blutstrom und mehr Sauerstoff
an das Herz abgegeben werden. Wie oben erwähnt, kann die Thrombozytenaggregation
reduziert werden. Zusätzlich
kann die Wärmeleitung
durch das Subendokard unter Kühlung
des Herzes die Gesamtstoffwechselaktivität des Herzes reduzieren und
das Subendokard vor Zellbeschädigung
schützen.
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Man
beachte zusätzlich,
daß der
Rückfluß häufig begleitet
wird von Reperfusionsverletzungen, die Zellen weiter schädigen können. Eine
neutrophile Aktivität
tritt als Teil der Reperfusionsverletzung auf. Hypothermie kann
eine solche Aktivierung einschränken
und somit die Reperfusionsverletzung begrenzen.
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Zahlreiche
Therapien können
also mit dieser Vorrichtung verabreicht werden. Deshalb dürfen beispielsweise
die gegenwärtig
verwendeten "Beta-Blocker"-Medikamente, die
verwendet werden, um den Herzrhythmus bei Patienten, die Infarkte
erlitten haben, zu reduzieren, nicht bei Patienten verwendet werden,
die sich diesen Hypothermie-Therapien unterziehen.
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Restenose
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Eine
weitere Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens kann die Behandlung
von stenotischen Arterien sein. Stenotische Arterien sind Gefäße, die
infolge eines Gewebeaufbaus und/oder Plaque-Atheroms verengt sind.
Stenotische Gefäße werden
durch Angioplastik oder Stenting behandelt, das die Arterie öffnen. Während der
Behandlung kann die Gefäßwand verletzt
werden. Solche Verletzungen bewirken häufig (20 bis 50%) eine Entzündungsreaktion,
die schließlich
bewirkt, daß das
Gefäß nach einem
Zeitraum, der von 6 bis 12 Monaten oder sogar mehreren Jahren danach
reichen kann, eine Restenose erleidet.
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Hypothermie
mildert bekanntlich Entzündungsreaktionen.
Beispielsweise ist einer der ersten Schritte im Prozeß der Restenose
die Migration von Makrophagen oder Leukozyten zum verletzten Bereich.
Hypothermie kann diese Migration begrenzen. Hypothermie kann auch
Reaktionen und Prozesse verhindern, die durch Moleküle ausgelöst werden, die
in autokriner oder parakriner Weise reagieren. Hypothermie kann
auch die Freisetzung von verschiedenen Wachstumsfaktoren (am Ort
der Verletzung), z. B. PDGF und EGF, begrenzen, die ebenso reagieren.
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Obwohl
die hier offenbarte Erfindung in der Lage ist, die oben beschriebenen
Aufgaben zu lösen, versteht
es sich, daß die
Offenbarung in bezug auf die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung lediglich darstellenden Charakter hat und daß keine
Einschränkungen
außer
durch die beigefügten
Ansprüche
möglich
sind.