DE60130438T2

DE60130438T2 - Wiedereinatmungskreislauf

Info

Publication number: DE60130438T2
Application number: DE60130438T
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Thornhill FISHER; Alex Toronto VESELY; Hiroshi Sasano; George Toronto VOLGYESI; Janet Richmond Hill TESLER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: EP1267978A1; WO2001074433A1; CA2304292A1; EP1267978B1; DE60130438D1; US20030000525A1; AU2001246266A1; ATE372802T1; US6622725B1; US6612308B2; CA2304292C

Description

Gebiet der Erfindung
Der Zweck dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines einfachen Beatmungs-Kreislaufes, bei dem lediglich Frischgas eingeatmet wird, sofern nicht das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt, und bei der weiterhin, wenn das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt, alveolares Gas bevorzugt gegenüber Totraum-Gas wieder eingeatmet wird. Der Verlust von Frischgas aus dem Kreislauf wird zu allen Zeiten verhindert.
Ein Beatmungs-Kreislauf, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist, ist in der US-A-4 051 847 beschrieben.
Hintergrund der Erfindung
Physiologie
Venöses Blut kehrt zum Herzen von den Muskeln und Organen in von Sauerstoff (O₂) verarmten Zustand und voll von Kohlenstoffdioxid (CO₂) zurück. Blut von den verschiedenen Teilen des Körpers wird in dem Herzen gemischt (gemischtes venöses Blut) und zu den Lungen gepumpt. In den Lungen verteilen sich die Blutgefäße in ein Netz von kleinen Gefäßen, die kleine Lungenbläschen (Alveolen) umgeben. Die Gesamtsumme der Gefäße, die die Alveolen umgeben, ergibt eine große Oberfläche für den Austausch von Gasen durch Diffusion entlang ihrer Konzentrations-Gradienten. Ein Konzentrations-Gradient ergibt sich zwischen dem Partialdruck von CO₂ (PCO₂) in dem gemischten venösen Blut (PvCO₂) und dem alveolaren PCO₂. Das CO₂ diffundiert von dem gemischten venösen Blut in die Alveolen von dem Beginn der Einatmung an, bis ein Gleichgewicht zwischen dem PvCO₂ und dem alveolaren PCO₂ zu irgendeiner Zeit während der Atmung erreicht wird. Wenn die Person ausatmet, kommt das erste Gas, das ausgeatmet wird, von den Tracheen und den Haupt-Bronchien, die keinen Gasaustausch ermöglichen, so dass dieses Gas eine Gaszusammensetzung ähnlich dem eingeatmeten Gas habt.
Das Gas am Ende dieser Ausatmung wird so betrachtet, als ob es von den Alveolen kommt und die Gleichgewichts-CO₂-Konzentration zwischen den Kapillaren und den Alveolen wiedergibt; der PCO₂ in diesem Gas wird als endexpiratorischer PCO₂ (PETCO₂) bezeichnet.
Wenn das Blut die Alveolen durchquert und von dem Herzen zu den Arterien gepumpt wird, so ist dies als das arterielle PCO₂ (PaCO₂) bekannt. Das arterielle Blut hat einen PCO₂ gleich dem PCO₂ im Gleichgewicht zwischen den Kapillaren und Alveolen. Bei jeder Atmung wird eine gewisse Menge an CO₂ aus der Lunge entfernt und frische Luft, die wenig oder kein CO₂ enthält (die CO₂-Konzentration wird als Null angenommen) wird inhaliert und verdünnt den alveolaren PCO₂, wodurch ein neuer Gradient für CO₂ ausgebildet wird, um aus dem gemischten venösen Blut in die Alveolen zu diffundieren. Die Rate der Atmung oder das Atemzeitvolumen V, das üblicherweise in L/min ausgedrückt wird, ist exakt dasjenige, das benötigt wird, um das CO₂, das zu den Lungen geführt wird, zu beseitigen und einen Gleichgewichts-PCO₂ (und PaCO₂) von ungefähr 40 mm Hg (bei normalen Menschen) aufrecht zu erhalten. Wenn jemand mehr CO₂ (beispielsweise als Ergebnis von Fieber oder körperlicher Anstrengung) erzeugt, so wird mehr CO₂ erzeugt und zu den Lungen geführt. Man muss dann stärker atmen (hyperventilieren), um das zusätzliche CO₂ aus den Alveolen auszuwaschen und somit den gleichen Gleichgewichts-PaCO₂ aufrecht zu erhalten. Wenn jedoch die CO₂-Produktion normal bleibt und jemand hyperventiliert, so fällt der PaCO₂ ab. Umgekehrt steigt, wenn die CO₂-Produktion konstant bleibt und die Atmung absinkt, der arterielle PCO₂ an.
Es ist wichtig, festzustellen, dass nicht das gesamte V zum Abblasen von CO₂ beiträgt. Ein Teil der V geht in die Luftkanäle (Tracheen und Haupt-Bronchien) und Alveolen, durch die nur wenig Blut perfundiert, und somit ergibt sich kein Beitrag zum Abblasen von CO₂. Dieses V wird als "Totraum"-Ventilation bezeichnet, und Gas in der Lunge, das nicht an dem Gasaustausch mit dem Blut beteiligt war, wird als "Totraum"-Gas bezeichnet. Der Teil des V, der an gut perfundierte Alveolen geht und an dem Gasaustausch beteiligt ist, wird als die alveolare Ventilation (VA) bezeichnet, und ausgeatmetes Gas, das an dem Gasaustausch in den Alveolen beteiligt war, wird als "alveolares Gas" bezeichnet.
In der PCT-Anmeldung Nr. WO 98/41266 , die von Joe Fisher angemeldet wurde ( WO 98/41266 ), wird ein Verfahren zur Beschleunigung des Aufweckens eines Patienten, der anästhetisiert wurde, beschrieben, bei dem der Patient mit einer Quelle von Frischgas und einer Quelle von Reservegas versorgt wird. Wenn der Patient mit einer Rate atmet, die kleiner oder gleich dem Frischgas ist, das in den Kreislauf strömt, so besteht das gesamte eingeatmete Gas aus Frischgas. Wenn das Atemzeitvolumen des Patienten die Frischgas-Strömung übersteigt, so wird das inhalierte Gas aus dem gesamten Frischgas gebildet, und das zusätzliche Gas wird durch ein "Reservegas" gebildet, das aus einer Zusammensetzung ähnlich der von Frischgas plus CO₂ besteht, derart, dass die Konzentration von CO₂ in dem Reservegas von ungefähr 6% derart ist, dass sein Partialdruck gleich dem Partialdruck des CO₂ in dem gemischten venösen Blut ist. Zu keiner Zeit wird bei der Verwendung dieses Verfahrens der Patient erneut Gas einatmen, das ein Anästhetikum enthält. Um das Aufwecken des Patienten zu beschleunigen, wird eine Quelle von Frischgas für normale Pegel des Atemzeitvolumens bereitgestellt, typischerweise 5 L pro Minute, und eine Zufuhr von Reservegas wird für Pegel des Atemzeitvolumens oberhalb von 5 L pro Minute bereitgestellt, wobei die Quelle des Reservegases ungefähr 6% Kohlenstoffdioxid mit einem PCO₂-Pegel im Wesentlichen gleich dem des gemischten venösen Blutes einschließt. Es wurde festgestellt, dass dieses Verfahren und die verschiedenen Kreisläufe und Prozesse zur Implementierung des Verfahrens nicht nur zum Aufwecken von Personen nach einer chirurgischen Behandlung vorteilhaft sind, sondern auch dazu, eine Kohlenmonoxid-Vergiftung oder dergleichen zu behandeln, wie dies in der Anmeldung gelehrt wird. Dadurch, dass eine vergrößerte Ventilation zugelassen wird und dennoch der PCO₂-Pegel im Wesentlichen gleich dem gehalten wird, der vor der vergrößerten Ventilation bestand, hat es sich herausgestellt, dass bei der Verwendung des Verfahrens maximale Vorteile hinsichtlich der Gasausscheidung erzielt werden, ohne dass die CO₂-Pegel in den dem Patienten geändert werden. Eine Beschränkung besteht jedoch darin, dass eine Quelle für Reservegas und dessen Zuführungsvorrichtung bereitgestellt werden müssen, um das Verfahren durchzuführen, und dass das Reservegas eine CO₂-Konzentration von 6% mit einem PCO₂ gleich dem des gemischten venösen Blutes oder ungefähr 46 mm Hg haben muss.
Um den durch Fischer ( WO 98/41266 ) beschriebenen Kreislauf zu vereinfachen, kann das Reservegas durch vorher ausgeatmetes Gas ersetzt werden. Das Gas am Ende der Ausatmung hat im Wesentlichen ein Gleichgewicht mit dem gemischten venösen Gas erreicht und hat entsprechend einen PCO₂, der im Wesentlichen gleich diesem ist. Wenn jedoch wieder eingeatmetes Gas anstelle von getrennt gebildetem Reservegas verwendet wird, um die Abnahme des PCO₂ mit vergrößerter Ventilation zu verhindern, so wird das Anästhesie-Mittel und CO ebenfalls wieder eingeatmet, und deren Ausscheidung wird nicht beschleunigt. Es gibt andere Anwendungen für einen Kreislauf, der den PCO₂ bei zunehmender Ventilation konstant hält, die nicht dadurch unzutreffend gemacht wird, dass ausgeatmetes Gas als das Reservegas verwendet wird, und die nachfolgend aufgeführt sind.
Erläuterung der bekannten Kreisläufe, die zur Wiederbeatmung verwendet werden
Bekannte Kreisläufe, die zum Verhindern einer sich aus einer vergrößerten Ventilation ergebenden Abnahme des PCO₂ mit Hilfe einer Wiedereinatmung von vorher ausgeatmetem Gas, verwendet werden, werden entsprechend des Ortes des Frischgas-Einlasses, eines Sammelbehälters und eines Druckentlastungsventils bezüglich des Patienten beschrieben. Sie wurden von Mapleson klassifiziert und sind in Dorsch und Dorsch, Seite 168 beschrieben.
1. Aufrechterhaltung eines konstanten PCO₂ mit zunehmenden Atemzeitvolumen
Mapleson A
Der Kreislauf umfasst ein zum Patienten nächstgelegenes Druckentlastungsventil, einen rohrförmigen Sammelbehälter und einen Frischgas-Einlass distal zu dem Patienten. Bei diesem Kreislauf wird beim Ausatmen Totraum-Gas in dem Kreislauf beibehalten, und nachdem der Sammelbehälter voll wird, geht alveolares Gas durch das Entlastungsventil verloren. Das Totraum-Gas wird daher bevorzugt wieder eingeatmet. Das Totraum-Gas hat einen PCO₂, der wesentlich kleiner als der gemischte venöse PCO₂ ist. Dies ist weniger effektiv bei der Aufrechterhaltung des PCO₂ als die Wiedereinatmung von alveolarem Gas, wie dies bei dem Kreislauf der vorliegenden Erfindung erfolgt.
Mapleson B, C
Der Kreislauf schließt ein zum Patienten nächstgelegenes Entlastungsventil und einen Sammelbehälter mit einem Frischgas-Einlass an dem in der Nähe des Patienten gelegenen Anschluss ein. Wie bei Mapleson A wird Totraum-Gas bevorzugt eingeatmet, wenn das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt. Zusätzlich geht, wenn das Atemzeitvolumen vorübergehend kleiner als die Frischgas-Strömung ist, Frischgas aus dem Kreislauf aufgrund der Nähe des Frischgas-Einlasses zu dem Entlastungsventil verloren. Unter diesen Bedingungen ergibt sich, wenn die Ventilation erneut ansteigt, keine Kompensation einer vorübergehenden Abnahme der Ventilation, weil der Verlust an Frischgas eine kompensierende Verringerung des PCO₂ verhindert.
Bei dem Kreislauf gemäß der vorliegenden Erfindung geht, wenn das Atemzeitvolumen vorübergehend kleiner als die Frischgas-Strömung ist, kein Frischgas aus dem Kreislauf verloren. Statt dessen wirkt der Vorratsbehälter als ein Puffer und speichert das zusätzliche Frischgas, und wenn die Ventilation wieder ansteigt, so ermöglicht das Einatmen des akkumulierten Frischgases die Rückkehr des PCO₂ auf dem vorhergehenden Pegel.
Mapleson D und E
Mapleson D besteht aus einem Kreislauf, bei dem eine Frischgas-Strömung in der Nähe des Patienten-Anschlusses eintritt und Gas aus einem Druckentlastungsventil austritt, das von dem Patienten-Anschluss durch einen Längenabschnitt eines Sammelrohres getrennt ist. Mapleson E ist ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, dass hier kein Druckentlastungsventil vorgesehen ist, wobei es dem Gas ermöglicht wird, einfach aus einer Öffnung in dem Sammelrohr auszutreten. In beiden Kreisläufen geht Frischgas verloren, ohne dass es zunächst eingeatmet wird. Das Volumen des Gases, das verloren geht, ohne dass es an einer vorgegebenen Frischgas-Strömung eingeatmet wird, hängt von dem Atemzeitvolumen ab, so dass lediglich für eine unendliche Ventilation das gesamte Frischgas für die alveolare Ventilation verwendet wird. Somit hängen die alveolare Ventilation und der PCO₂-Pegel ebenfalls von dem Atemzeitvolumen ab. Frischgas geht verloren, während sich Frischgas beim Ausatmen mit dem ausgeatmeten Gas mischt und mit diesem aus dem Auslassanschluss des Kreislaufes austritt. Weiterhin ist die Menge an verlorenem Frischgas eine Funktion der Ausatmungs-Zeit, und man kann daher durch Ändern des Atem-Musters den Anteil des eingeatmeten Frischgases vergrößern oder verkleinern. Bei unserem Kreislauf wird das gesamte Frischgas von der Person eingeatmet.
Kreis-Anästhesie-Kreislauf mit entferntem CO₂-Absorber
Es gibt viele unterschiedliche mögliche Konfigurationen für den Frischgas-Einlass, das Entlastungsventil, den Sammelbehälter-Beutel und den CO₂-Absorber (siehe Dorsch und Dorsch, Seiten 205–207). Bei allen Konfigurationen tritt eine Mischung von ausgeatmeten Gasen in den Sammelbehälter-Beutel ein, so dass wieder eingeatmetes Gas aus dem kombinierten Totraum-Gas und dem alveolaren Gas besteht. Dies ist weniger wirkungsvoll bei der Aufrechterhaltung eines konstanten PCO₂, als wenn alveolares Gas wieder eingeatmet wird, wie dies vorzugsweise bei unserem Kreislauf erfolgt, insbesondere bei kleinen Inkrementen von V oberhalb der Frischgas-Strömung.
Von Fisher ( WO 98/41266 ) früher beschriebener Kreislauf
Fisher ( WO 98/41266 ) hat früher einen Kreislauf beschrieben, der den PCO₂ unabhängig von dem Atemzeitvolumen aufrecht erhält. Anstatt einen Unterschied zwischen der Frischgas-Strömung und dem Atemzeitvolumen mit Gas zu machen, das bei einem vorhergehenden Atmungsvorgang ausgeatmet wurde, erfordert Fisher ( WO 98/41266 ) eine externe Quelle für CO₂. Unser Kreislauf verwendet das gleiche Prinzip bei der Aufrechterhaltung des PCO₂ auf einem konstanten Wert, er verwendet jedoch das von dem Patienten selbst vorher ausgeatmete CO₂ anstelle von extern zugeführtem CO₂. Somit ist unser Kreislauf wesentlich weniger aufwändig im Betrieb, kompakter und tragbarer und ist damit für Anwendungen praktischer, bei denen die Aufrechterhaltung von CO₂ erwünscht ist, die Beseitigung anderer Gase, wie Anästhesie-Mittel und Kohlenmonooxid nicht erforderlich ist.
2. Änderung von CO₂ oder anderen Gasen
Für andere Anwendungen, wie z.B. a) Aufrechterhaltung eines konstanten PCO₂ oder Einrichtung von zwei oder mehr Pegeln des arteriellen PCO₂ während der nuklearmagnetischen Resonanzabbildung, b) Anheben des PCO₂ i) während der Schwangerschaft zur Verbesserung der Plazenta-Blutströmung, ii) zum Verhindern eines Zitterns, iii) zur Vergrößerung der Gewebe-Perfusion, und iv) zum Schutz von Geweben gegen Oxidations-Schäden ist ein Verhindern der Wiedereinatmung von ausgeatmeten Gasen nicht erforderlich.
Es würde daher vorteilhaft sein, den Vorteil der Steuerung des PCO₂ auf einen konstanten Pegel zu nutzen, ohne dass der Aufwand der Zuführung von Reservegas in Kauf genommen wird. Es wurde festgestellt, dass traumatisierte Patienten in gewissen Umständen dadurch unterstützt werden können, dass der PCO₂-Pegel im Wesentlichen konstant gehalten oder vergrößert wird. Es wurde weiterhin festgestellt, dass verschiedene Diagnose-Verfahren durch die gleiche Vorgehensweise verbessert werden können. Dies wurde bisher beim Stand der Technik oder in der früheren Beschreibung von Joseph Fisher ( WO 98/41266 ), die weiter oben beschrieben wurde, nicht in Betracht gezogen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Kreislauf zur Beeinflussung des Verfahrens zu schaffen, das den Verlust an Frischgas verhindert und sicherstellt, dass ein Patient, der mit einer Rate atmet, die größer als die Frischgas-Strömung ist, das gesamte Frischgas unabhängig von der Rate und dem Muster der Atmung erhält.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen Beatmungs-Kreislauf zu schaffen, der eine Wiedereinatmung verhindert, sofern nicht das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Kreislauf zu schaffen, bei dem alveolares Gas bevorzugt gegenüber dem Totraum-Gas wieder eingeatmet wird.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen verbesserten Beatmungs-Kreislauf zu schaffen, der zur Unterstützung von Patienten verwendet werden kann, die traumatisiert wurden oder die der Gefahr einer Traumatisierung ausgesetzt sind, oder alternativ zur Verbesserung der Ergebnisse von Diagnose-Verfahren oder den Vorteilen von medizinischen Verfahren.
Weitere und andere Ziele der Erfindung werden für den Fachmann aus einer Betrachtung der folgenden Zusammenfassung der Erfindung und der ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen verständlich, die hier erläutert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Beatmungs-Kreislauf geschaffen, der Folgendes umfasst: (a) einen Anschluss, durch den hindurch im Gebrauch ein Patient ein Einatmungs-Gas einatmet und ein Ausatmungs-Gas ausatmet; (b) einen Einatmungs-Zweig, der ein erstes mit dem Anschluss verbundenes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der Einatmungs-Zweig das Einatmungs-Gas an den Patienten liefert, wobei der Einatmungs-Zweig weiterhin ein Einweg-Rückschlagventil (3) umfasst, das betreibbar ist, um ein Strömen des Einatmungs-Gases von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Einatmungs-Zweiges zu verhindern; und (c) einen Ausatmungs-Zweig, der ein erstes mit dem Anschluss verbundenes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der Patient das Ausatmungs-Gas in den Ausatmungs-Zweig ausatmet, und wobei der Ausatmungs-Zweig weiterhin ein Einweg-Rückschlagventil (3) umfasst, das betreibbar ist, um das Strömen des Ausatmungs-Gases von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende des Ausatmungs-Zweiges zu verhindern, wie dies in der US-A-4 051 847 beschrieben ist; dadurch gekennzeichnet, dass der erfindungsgemäße Beatmungs-Kreislauf weiterhin Folgendes umfasst: (d) eine Nebenschluss-Leitung, die den Einatmungs-Zweig und den Ausatmungs-Zweig an deren zweiten Enden verbindet; und (e) ein Einweg-Rückschlagventil, das in der Nebenschluss-Leitung in der Nähe des zweiten Endes des Ausatmungs-Zweiges angeordnet ist, wobei das Einweg-Rückschlagventil betreibbar ist, um das Ausatmungs-Gas in den Einatmungs-Zweig zu lenken, wenn eine darauf ausgeübte Druckdifferenz einen vorgegebenen Pegel erreicht, der geringfügig größer als die Druckdifferenz längs des Einweg-Einatmungs-Rückschlagventils (2) ist.
Der Beatmungs-Kreislauf ist in der Lage, das ausgeatmete Gas so zu organisieren, dass es vorzugsweise während der Wiedereinatmung inhaliert wird, wenn es erforderlich ist, indem alveolares Gas zur Wiedereinatmung bevorzugt gegenüber Totraum-Gas geliefert wird. Dieser bevorzugte Kreislauf schließt einen Beatmungs-Anschluss zum Einatmen und Ausatmen von Gas, und eine gegabelte Leitung benachbart zu dem Anschluss ein, die vorzugsweise im Wesentlichen Y-förmig ist und einen ersten und einen zweiten Leitungs-Zweig einschließt, wobei der erste Leitungs-Zweig einen Frischgas-Einlass, vorzugsweise Sauerstoff, und ein Rückschlagventil einschließt, das in der Nähe des Anschlusses angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil den Durchgang von inhaliertem Frischgas an den Anschluss ermöglicht, jedoch während der Ausatmung schließt, wobei die zweite Leitung ein Rückschlagventil einschließt, das den Durchgang von ausgeatmetem Gas durch das Rückschlagventil ermöglicht, jedoch eine Rückströmung zu dem Beatmungs-Anschluss verhindert, sobald das Gas das Rückschlagventil passiert hat, wobei der erste Leitungs-Zweig einen in der Nähe seines Ende angeordneten Frischgas-Sammelbehälter mit vorgegebener Größe und vorzugsweise einen flexiblen Beutel aufweist, wobei der zweite Leitungs-Zweig sich in der Nähe seines Endes einen Ausatmungs-Gas-Sammelbehälter aufweist, der vorzugsweise ein starres Rohr mit einem offenen Ende und vorzugsweise einer Kapazität von ungefähr 3 L ist, wobei sich zwischen den Enden der ersten und zweiten Leitungs-Zweige eine Verbindungsleitung erstreckt, in der ein Rückschlagventil angeordnet ist, wobei, wenn das Atemzeitvolumen für den Patienten gleich der Frischgas-Strömung ist, beispielsweise 5 Liter/Minute, Frischgas in dem Beatmungs-Anschluss von dem ersten Leitungs-Zweig mit einer vorgegebenen Rate und vorzugsweise 5 L pro Minute eintritt und durch den zweiten Leitungs-Zweig mit einer Rate von vorzugsweise 5 L pro Minute ausgeatmet wird, wobei das ausgeatmete Gas entlang des Sammelbehälters für das ausgeatmete Gas strömt, der vorzugsweise vorsieht, dass das Totraum-Gas in der Nähe des offenen Endes des Vorratsbehälters angeordnet wird und dass alveolares Gas sich in der Nähe des Endes des Vorratsbehälters befindet, das dem Ende des zweiten Leitungs-Zweiges nächstgelegen ist, wobei, wenn es wünschenswert ist, dass das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt, beispielsweise 5 L pro Minute, der Patient ausgeatmetes Gas einatmet, das in dem Ausatmungs-Gas-Sammelbehälter enthalten ist, und das durch das Rückschlagventil in der Verbindungsleitung mit einer Rate strömt, die die fehlende Menge der Frischgas-Strömung von beispielsweise 5 L ausgleicht, wobei die fehlende Differenz aus wieder eingeatmetem Gas, von dem das alveolare Gas bevorzugt wieder eingeatmet wird, besteht, wodurch eine Änderung des PCO₂-Pegels des alveolaren Gases trotz des vergrößerten Atemzeitvolumens verhindert wird.
Wenn die Frischgas-Strömung zur Aufrechterhaltung eines gewünschten PCO₂ eingestellt wird, so ist es wichtig, dass das Gas zunächst vollständig aus dem Frischgas-Sammelbehälter entfernt wird, so dass er gerade am Ende des Einatmungs-Zyklus geleert wird. Auf diese Weise tritt, wenn es erwünscht ist, das Atemzeitvolumen zu vergrößern ein geringfügiger Unterdruck in der Verbindungsleitung während des Einatmens auf, wodurch deren Rückschlagventil geöffnet wird und es ermöglicht wird, dass weiteres Einatmungs-Gas über das normale Atemzeitvolumen hinaus durch das vorher ausgeatmete Gas geliefert wird.
Es gibt viele Anwendungen für diesen speziellen Kreislauf, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Es kann Fälle geben, die sich ergeben, wenn ein Patient behandelt wird, wobei es wünschenswert ist, eine Hyperkapnie in dem Patienten zu verhindern. Beispielsweise ist es im Fall einer schwangeren Frau, die große Angst aufgrund der Schmerzen während der Entbindung hat, wünschenswert, zu verhindern, dass sie hyperventiliert, wodurch die Blutgefäße in der Plazenta zusammengezogen werden, was eine möglicherweise unzureichende Blutströmung an das Baby hervorruft. Durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Kreislaufes während der Entbindung kann dies vermieden werden. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, eine Hyperkapnie während Diagnoseverfahren hervorzurufen, um das Diagnoseverfahren zu verbessern, oder alternativ, wenn ein Patient einer Behandlung unterworfen wird, beispielsweise einer Behandlung mit ionisierender Strahlung, um die Empfindlichkeit des Gewebes für die Behandlung zu vergrößern. Dies würde beispielsweise bei der Strahlungsbehandlung von Krebszellen eintreten.
Wenn das Atemzeitvolumen größer oder gleich der Frischgas-Strömung ist, verhindert der vorstehend genannte bevorzugte Kreislauf den Verlust an Frischgas und stellt sicher, dass der Patient das gesamte Frischgas unabhängig von dem Muster der Atmung erhält, weil Frischgas allein in den Frischgas-Sammelbehälter eintritt, und ausgeatmetes Gas in seinen eigenen getrennten Vorratsbehälter eintritt. Der Frischgas-Vorratsbehälter-Beutel ist groß genug, um Frischgas für 5–10 Sekunden oder mehr einer verringerten Ventilation oder eines vollständigen Atemstillstandes zu speichern, wodurch sichergestellt wird, dass selbst unter diesen Umständen kein Frischgas verloren geht. Der bevorzugte Kreislauf verhindert das Wiedereinatmen bei einem Atemzeitvolumen, das gleich der Frischgas-Strömung ist, wobei sich das Rückschlagventil in der Verbindungsleitung nicht öffnet, um die Wiedereinatmung von vorher ausgeatmetem Gas zu ermöglichen, sofern kein Unterdruck auf der Einatmungsseite der Leitung des Kreislaufes vorhanden ist. Weiterhin tritt, wenn das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt, ein Unterdruck in der Einatmungsleitung auf, wodurch das Rückschlagventil dieser Leitung geöffnet wird. Der Kreislauf sieht vor, dass nach dem Öffnen des Rückschlagventils alveolares Gas bevorzugt gegenüber Totraum-Gas wieder eingeatmet wird, weil die Verbindungsleitung an einer derartigen Stelle liegt, dass sich das ausgeatmete alveolare Gas am nächsten zu dieser befindet und das Totraum-Gas am weitesten hiervon entfernt ist. Der Ausatmungs-Gas-Sammelbhälter weist vorzugsweise eine Größe von 3 L auf, was gut oberhalb des Volumens der Atmung einer Person liegt, so dass es unwahrscheinlich ist, dass der Patient in der Lage ist, irgendeine Raumluft einzuatmen, die über die Öffnung an dem Ende des Ausatmungs-Gas-Sammelbehälters eintritt.
Die grundlegende Lösung zum Verhindern eines Absinkens des PCO₂ bei vergrößerter Ventilation ist ähnlich der, wie sie von Fisher ( WO 98/41266 ) beschrieben ist. Kurz gesagt trägt lediglich die Einatmung des Frischgases zu der alveolaren Ventilation (VA) bei, die den Gradienten für die CO₂-Abfuhr festlegt. Das gesamte Gas, das zusätzlich zu dem in den Kreislauf eintretenden Gas oder der Frischgas-Strömung eingeatmet wird, ist ausgeatmetes Gas. Fisher ( WO 98/41266 ) hat in seiner früheren Anmeldung geschrieben, dass, je näher der Teildruck von CO₂ in dem inhalierten Gas an den des gemischten venösen Blutes (PvCO₂) liegt, desto kleiner die Auswirkung auf die CO₂-Abfuhr ist. Fisher ( WO 98/41266 ) hat die Beziehung der alveolaren Ventilation, des Atemzeitvolumens (V) und des PCO₂ von wieder eingeatmetem Gas wie folgt ausgedrückt: VA = FGF + (V – FGF)(PvCO2 – PCO2 von ausgeatmetem Gas)/PvCO2 (worin FGF für die Frischgas-Strömung steht, und die anderen Ausdrücke weiter oben beschrieben wurden).
Es ist aus dieser Gleichung klar, dass wenn der PCO₂ des ausgeatmeten Gases sich dem des gemischten venösen Blutes nähert, die alveolare Ventilation lediglich durch die Frischgas-Strömung und nicht durch das Atemzeitvolumen bestimmt ist.
Wenn jemand ausatmet, so kommt das erste Gas, das den Mund verlässt, aus den Tracheen, an denen nur wenig Gasaustausch erfolgt ist. Der PCO₂ dieses Gases ist nahezu gleich dem des inhalierten Gases und wird als "Totraum-Gas" bezeichnet. Das letzte Gas, das den Mund verlässt, hatte die größte Zeit, um ein Gleichgewicht mit dem gemischten venösen Blut herzustellen, hat einen PCO₂, der dem des gemischten venösen Blutes am nächsten kommt, und wird als "alveolares Gas" bezeichnet. Gas, das zwischen diesen zwei Perioden ausgeatmet wird, hat einen PCO₂ zwischen diesen zwei Konzentrationen. Die vorstehend genannte Gleichung erläutert, warum die Wiedereinatmung von alveolarem Gas zur Aufrechterhaltung des PCO₂ auf einem konstanten Pegel am wirkungsvollsten sein würde, wenn das Atemzeitvolumen ansteigt.
Entsprechend gilt bei unserem Kreislauf:

1. Das gesamte Frischgas wird von der Person eingeatmet, wenn das Atemzeitvolumen gleich der Frischgas-Strömung ist oder diese übersteigt.
2. Das "alveolare Gas" wird vorzugsweise wieder eingeatmet, wenn das Atemzeitvolumen die Frischgas-Strömung übersteigt.
3. Wenn das Atemzeitvolumen gleich oder größer als die Frischgas-Strömung ist, trägt das gesamte Frischgas zu der alveolaren Ventilation bei.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch die Art des einfachen Beatmungs-Kreislaufs und Komponenten, die es dem PCO₂ ermöglicht, trotz einer Vergrößerung des Atemzeitvolumens konstant zu bleiben.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Der Patient atmet durch einen Anschluss eines Y-Stückes (1). Die anderen zwei Arme des Y-Stückes enthalten Einweg-Ventile. Der Einatmungs-Zweig des Y-Stückes enthält ein Einweg-Ventil, das Einatmungs-Ventil (2), das Gas für eine Strömung in Richtung auf den Patienten lenkt, wenn der Patient ein Einatmungs-Bemühen macht, doch wirkt es während des Ausatmens als ein Rückschlagventil, das eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung verhindert. Der andere Schenkel des Y-Stückes, der Ausatmungs-Zweig, enthält ein Einweg-Ventil, das Ausatmungs-Ventil (3), das derart angeordnet ist, dass es den Austritt von Gas aus dem Y-Stück ermöglicht, wenn der Patient ausatmet, jedoch als Rückschlagventil wirkt, das eine Strömung in Richtung auf den Patienten verhindert, wenn der Patient einatmet. Unmittelbar distal zu dem Ausatmungs-Schenkel des Y-Stückes befindet sich ein daran angebrachtes, eine große Bohrung aufweisendes Rohrstück (4), das als ein Sammelbehälter-Rohr bezeichnet wird, das an seinem distalen Ende (5) offen ist. Das Sammelbehälter-Rohr weist vorzugsweise einen Durchmesser von mehr als 22 mm auf, und seine Länge ist derart, dass das Gesamtvolumen des Rohrstückes ungefähr 3 L oder mehr beträgt, wenn es für einen mittleren Erwachsenen (70 kg) verwendet wird. Größere Volumina eines Sammelbehälter-Rohres sind für größere Personen erforderlich, und umgekehrt. Der Ansaug-Anschluss ist mit einer Quelle für Frischgas (6), d.h. Gas, das kein CO₂ enthält und das in den Kreislauf mit einer festen Rate strömt, sowie mit einem Frischgas-Sammelbehälter-Beutel (9) mit einem Volumen von ungefähr 3 L verbunden. Eine Nebenschlussleitung (7) verbindet den Ausatmungs-Zweig und den Einatmungs-Zweig. Die Öffnung der Leitung zu dem Ausatmungs-Zweig liegt vorzugsweise so nahe wie möglich an dem Ausatmungs-Einwegventil. Diese Leitung enthält ein Einwegventil (8), das eine Strömung von dem Ausatmungs-Zweig zu dem Einatmungs-Zweig ermöglicht. Das Einwegventil der Leitung erfordert eine Öffnungs-Druckdifferenz längs des Ventils, die geringfügig größer als die des Einatmungsventils ist. Auf diese Weise wird während des Einatmens Frischgas, das aus einer Frischgas-Strömung und dem Inhalt des Frischgas-Sammelbehälter-Beutels besteht, vorzugsweise von dem Einatmungs-Verteiler angesaugt.
Funktion des Kreislaufs
Wenn das Atemzeitvolumen der Person gleich oder kleiner als die der Frischgas-Strömung (FGF) ist, so wird lediglich Frischgas (FG) eingeatmet. Während des Ausatmens sammelt sich FG in dem FG-Sammelbehälter. Während des Einatmens wird Frischgas, das in dem Kreislauf strömt, und der Inhalt des Frischgas-Sammelbehälters eingeatmet. Wenn das Atemzeitvolumen die FGF übersteigt, wird bei jedem Atemzug FG eingeatmet, bis der FG-Sammelbehälter entleert ist. Zusätzliche Einatmungs-Bemühungen führen zu einer Verringerung des Gasdruckes auf der Ansaugseite des Kreislaufs. Wenn diese Druckdifferenz längs des Ventils der Nebenschlussleitung dessen Öffnungsdruck übersteigt, öffnet sich das Einwegventil, und ausgeatmetes Gas wird zurück von dem Gas-Sammelbehälter für ausgeatmetes Gas in den Einatmungs-Zweig des Y-Stückes und damit zum Patienten hin angesaugt. Das letzte Gas, das während der vorhergehenden Atmung ausgeatmet wurde, und das als "alveolares Gas" bezeichnet wird, ist das erste, das zurück in den Einatmungs-Zweig angesaugt und von der Person eingeatmet (wieder eingeatmet) wird.
Obwohl die vorstehende Beschreibung eine ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt, ist es verständlich, dass diese Beschreibung lediglich die Prinzipien der Erfindung erläutert und nicht beschränkend ist. Weiterhin ist, weil viele Änderungen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, es vorgesehen, dass das gesamte hierin enthaltene Material als die Erfindung erläuternd und nicht beschränkend betrachtet werden soll.

Claims

Beatmungs-Kreislauf, mit: (a) einem Anschluss (1), durch den hindurch in Gebrauch ein Patient ein Einatmungs-Gas einatmet und ein Ausatmungs-Gas ausatmet; (b) einem Einatmungs-Zweig, der ein erstes, mit dem Anschluss (1) verbundenes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der Einatmungs-Zweig das Einatmungs-Gas an den Patienten liefert, wobei der Einatmungs-Zweig weiterhin ein Einweg-Einatmungs-Rückschlagventil (2) umfasst, das betreibbar ist, um ein Strömen des Einatmungs-Gases von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Einatmungs-Zweiges zu verhindern; und (c) einem Ausatmungs-Zweig, der ein erstes mit dem Anschluss (1) verbundenes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der Patient das Ausatmungs-Gas in den Ausatmungs-Zweig ausatmet, wobei der Ausatmungs-Zweig weiterhin ein Einweg-Ausatmungs-Rückschlagventil (3) umfasst, das betreibbar ist, um das Strömen des Ausatmungs-Gases von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende des Ausatmungs-Zweiges zu verhindern; dadurch gekennzeichnet, dass der Beatmungs-Kreislauf weiterhin Folgendes umfasst: (d) eine Nebenschluss-Leitung (7), die den Einatmungs-Zweig und den Ausatmungs-Zweig an deren zweiten Enden verbindet; und (e) ein Einweg-Rückschlagventil (8), das in der Nebenschlussleitung (7) in der Nähe des zweiten Endes des Ausatmungs-Zweiges angeordnet ist, wobei das Einweg-Rückschlagventil betreibar ist, um das Ausatmungs-Gas in den Einatmungs-Zweig zu lenken, wenn eine darauf ausgeübte Druckdifferenz einen vorgegebenen Wert erreicht, der geringfügig größer als die Druckdifferenz längs des Einweg-Einatmungs-Rückschlagventils (2) ist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: (a) einen Frischgas-Einlass (6), der mit dem Einatmungs-Zweig zur Lieferung eines Frischgases verbunden ist; und (b) einem Atembehälter (9), der mit dem zweiten Ende des Einatmungs-Zweiges zum Speichern des Frischgases verbunden ist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 1, der weiterhin ein Sammelrohr (4) aufweist, das ein erstes Ende, das mit dem zweiten Ende des Ausatmungs-Zweiges zum Halten eines vorgegebenen Teils des Ausatmungs-Gases verbunden ist, und ein offenes zweites Ende (5) aufweist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 3, bei dem das Sammelrohr (4) aus einem starren Rohrmaterial hergestellt ist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 3, bei dem das Sammelrohr (4) einen Durchmesser aufweist, der größer als 22 mm ist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 3, bei dem das Sammelrohr (4) ein Gesamtvolumen hat, das entsprechend dem Gewicht des Patienten bestimmt ist.
Beatmungs-Kreislauf nach Anspruch 3, bei dem das Sammelrohr (4) ein Gesamtvolumen von ungefähr 3 Litern hat.