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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Der
Stoffwechsel des menschlichen und tierischen Körpers verbraucht Sauerstoff
und erzeugt Kohlendioxid. Der erforderliche Sauerstoff wird während der
Atmung aus der Luft der Atmosphäre
aufgenommen, wobei im Verlauf der Atmung Kohlendioxid als Abfallprodukt
abgegeben wird. Der Gasaustausch zwischen dem Körper und der Umgebung findet
in den Lungenalveolen statt, wo Blutkapillare der Lunge von dem
Gasraum in der Lunge, der in Kommunikation mit der Luft der Atmosphäre steht,
durch lediglich eine dünne
Membran, die für
Gase durchlässig
ist, getrennt sind. Die Durchblutung der Lunge, die durch die Alveolen
erfolgt, bewirkt in Bezug auf den Gaspartialdruck ein Gleichgewicht
mit dem alveolären
Gas, was zu einer Aufnahme von Sauerstoff im Blut und zu einer Abgabe
von Kohlendioxid führt. Während jedes
Atemzugs wird die Gaskonzentration des alveolären Blutes infolge der Sauerstoffzufuhr und
der Beseitigung von Kohlendioxid ausgetauscht. Das Blut transportiert
den Sauerstoff von den Lungen zu den Verbrauchsorten, und transportiert
Kohlendioxid als Abfall von den Stoffwechselorten zurück zu den
Lungen.
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Die
Durchblutungsraten der Lungen und der Perfusionsdruck werden durch
die Glattmuskelspannung der Lungenkapillare geregelt. Diese Regelung erfolgt
mittels Stickoxid, das vom Endothel gewonnen wird. Eine unzureichende
lokale NO-Produktion erhöht den Glattmuskeltonus.
Dies führt
zu einer Gefäßverengung
der Lunge und zu einer beeinträchtigten
Durchblutung oder, alternativ dazu, zu einem erhöhten Arteriendruck der Lunge.
Ein pulmonaler Hochdruck liegt unter verschiedenen Umständen vor, z.B.
Pneumonie, traumatische Verletzung, Aspirations- oder Inhalationsverletzung,
Fettembolie in der Lunge, Azidose, Lungenentzündung, Atemnotsyndrom bei Erwachsenen,
akutes Lungenödem,
akute Höhen krankheit,
nach einer Herzoperation, akuter Lungenhochdruck, anhaltender Lungenhochdruck bei
Neugeborenen, pränatales
Aspirationssyndrom, Hyalinmembran-Krankheit, akute Lungenembolie, Heparin-Protamin-Reaktionen,
Sepsis oder Hypoxie (einschließlich
derjenigen, die während
einer Eine-Lunge-Anästhesie
auftreten kann) sowie diejenigen Fälle einer chronischen Gefäßverengung
der Lunge, die eine reversible Komponente aufweisen, wie sie beispielsweise
aus einem chronischen Lungenhochdruck, einer bronchopulmonalen Dysplasie, einer
chronischen Lungenembolie, einem idiopathischen oder primären Lungenhochdruck
oder einer chronischen Hypoxie auf Grund einer chronischen obstruktiven
Lungenerkrankung resultieren können.
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Die
US-Patentschrift 5,485,827 offenbart ein Verfahren, das inhaliertes
Stickoxid (NO) verwendet, das nützlich
dafür ist,
eine akute Gefäßverengung der
Lunge, wie sie beispielsweise aus den vorstehenden Verletzungen
resultiert, zu verhindern oder rückgängig zu
machen. Ein Verfahren zum Verwenden von NO-Gas, um auch eine Bronchodilatation
zu erzielen und dadurch die Verteilung anderer mittels Inhalation
verabreichter Mittel zu verbessern, ist ebenfalls offenbart.
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Die
US-Patentschrift 5558083 offenbart die Verwendung von Stickoxid
für Neugeborene,
die anhaltenden Lungenhochdruck haben, um die Sauerstoffsättigung
bei diesen Säuglingen
zu erhöhen.
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Ein
besonderer Vorteil von inhaliertem NO als pulmonaler Vasodilator
ist seine Selektivität.
NO wird rasch mit Bluthämoglobin
gebunden, wodurch das freie NO, das zum mittelbaren Bewirken der
Vasodilatation benötigt
wird, lediglich für
die glatten Muskeln der Lungenkapillaren selektiv verfügbar ist, und
noch spezifischer für
die Lungenkapillaren verfügbar
ist, die neben ventilierten Alveolen liegen. Das pulmonale Blut
für Alveolen,
die nicht ventiliert werden, bildet einen pulmonalen Shunt-Fluss,
da die nicht ventilierten Alveolen rasch mit den Gasen des arteriellen
Blutes der Lunge ins Gleichgewicht gebracht werden und kein weiterer
Gastaustausch stattfindet. Die Durchblutung der Lunge, die nicht
an dem Gasaustausch beteiligt ist, wird somit als Shunt-Fluss bezeichnet.
Ein Grund für
eine Verwendung der Therapie von inhaliertem NO besteht darin, die
Differenz des alveolär-arteriellen
Sauerstoffpartialdrucks zum Zweck einer besseren Oxygenierung zu
verringern. Der Mechanismus hierfür ist eine Verringerung des
Shunt. Eine Verabreichung von NO an ventilierte Alveolen erweitert
die Lungenkapillare, die Blut für
den Gasaustausch führen.
Kapillaren, die mit den nicht-ventilierten Alveolen in Kommunikation
stehen, werden auf Grund der niedrigen NO-Konzentration verengt. Dies führt zu einer
erneuten Verteilung der Blutperfusion zu den ventilierten Lungenbereichen
hin. Wenn der Anteil der Lungenperfusion, die an der Durchblutung
beteiligt ist, zunimmt, nimmt der arterielle Sauerstoffpartialdruck
zu, wodurch die Oxygenierung verbessert wird.
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Trotz
dieses bekannten Mechanismus halten sich die veröffentlichten Forschungsergebnisse
von inhaliertem NO zum Verbessern der Oxygenierung bisher in Grenzen.
Beispiele von Untersuchungen in Bezug auf Verbesserungen der Oxygenierung
sind z.B. Gerlach et al.: „Long-term
inhalation with evaluated low doses of nitric oxide for selective
improvement of oxygenation in patients with adult respiratory distress
syndrome", Intensive
Care Med (1993) 19:443–449;
Gerlach et al.: „Time-course
and dose-response of nitric oxide inhalation for systemic oxygenation
and pulmonary hypertension in patients with adult respiratory distress
syndrome", Euro
J. of Clinical Investigation (1993) 23: 449–502:, Benzing et al.: "Hypoxic pulmonary
vasoconstriction in non-ventilated lung areas contributes to differences
in hemodynamic and gas exchange responses to inhalation of nitric
oxide", Anesthesiology
(1997) 86: 1254–61. Bei
all diesen und anderen veröffentlichten
Studien wurde Patien ten, bei denen eine Lungenerkrankung diagnostiziert
wurde, NO verabreicht.
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Die
NO-Abgaberate zum Verbessern der Oxygenierung weist sowohl eine
minimale als auch eine maximale Grenze auf, wodurch die Verbesserung
der Oxygenierung klinisch gesehen eine Herausforderung darstellt.
Der Verlust des Oxygenierungseffekts bei erhöhten Dosen ist am wahrscheinlichsten
auf die Glattmuskelempfindlichkeit zurückzuführen. Wenn die Abgabe erhöht wird,
diffundiert mehr NO zu nicht oder schlecht ventilierten Alveolen, was
zu einer Dilatation führt.
Dies beeinträchtigt
die Verbesserung der Oxygenierung, die vor der Erhöhung der
Dosis erfolgt, wie bei Gerlach in „Time-course...." erörtert wird.
Die Balance zwischen einem verbesserten und einem beeinträchtigten
Gasaustausch hängt
von dem Lungenzustand ab und ist somit für jeden Patienten individuell.
Wenn sich die Ventilation oder die Leistungsfähigkeit der Lunge verändert, ist
es sehr wahrscheinlich, dass auch dieses Gleichgewicht beeinflusst
wird.
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Eine
Schwankung des pulmonalen Shunt ist bei gesunden und kranken Lungen
unter verschiedenen Bedingungen des täglichen Lebens und bei verschiedenen
Behandlungsbedingungen sehr häufig. Atelektase,
Bereiche der Lunge, die auf Grund eines Kollaps der Alveolen nicht
an dem Gasaustausch beteiligt sind, verhindern eine normale Sauerstoffabgabe
und erhöhen
den pulmonalen Shunt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass
Atelektase während fast
jeder Anästhesie
vorliegt (A. Strandberg et al.: „Atelectasis during anaesthesia
and in the postoperative period",
Acta Anaesthesiol. Scand. (Feb. 1986) 30:2, 154–8); L. Tokic et al.: „Lung collapse
and gas exchange during general anesthesia: effects of spontaneous
breathing, muscle paralysis, and positive end expiratory pressure", Anesthesiology
(Feb. 1997) 66:2, 157–67).
Bei normalen gesunden Subjekten ist diese Atelektase auf Grund der
Oxygenierungsreserve nicht sehr bedeutend.
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Die
Schwere der Atelektase nimmt mit der Abnahme der Oxygenierungsreserve
zu. Während einer
künstlichen
Beatmung in der Anästhesie
und während
der Intensivtherapie ist es möglich,
den Anteil an inhaliertem Sauerstoff zu erhöhen und dadurch die Oxygenierungsreserve
zu erhöhen.
Bei einem umfassenden Kollaps der Lunge ist eine Sättigung
der inhalierten Gase mit sogar 100 % Sauerstoff eventuell nicht
ausreichend. Ein Beispiel dafür, wo
die Oxygenierungsreserve gefährdet
ist, sind Pferde, die in der unnatürlichen Rückenlage einer Anästhesie
unterzogen werden. Die Lungen, die anatomisch für die stehende Position geeignet
sind, werden durch die Körpermasse
in der Rückenlage
komprimiert. Das Lungenvolumen kann um bis zu 50 % verringert werden
und einen pulmonalen Perfusions-Shunt von 20–50 % bewirken. NO, das dem
eingeatmeten Gas zugeführt
wird, kann die Durchblutung auf ventilierte Bereiche umverteilen
und die Oxygenierung verbessern.
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Auf ähnliche
Probleme, die im schlimmsten Fall chronischer Natur sein können, stößt man bei Menschen,
die unter krankhafter Adipositas leiden, d.h. das Doppelte des normalen
Körpergewichts
oder 50 kg über
der Norm oder einen Körpermassenindex von über 40 %
aufweisen. In der Rückenlage
wird die funktionelle Residualkapazität, FRC (functional residual
capacity) der Lunge dadurch, dass die Gewebsmasse das Lungenvolumen
einschränkt,
deutlich verringert. Dies kann zu einer beeinträchtigten Oxygenierung und einem
pulmonalen Shunt ohne jegliche Diagnose einer Lungenerkrankung führen, insbesondere
während
des Schlafs, wenn die Lungen durch die Körpermasse zusammengedrückt werden. Noch
schlimmer ist, dass das Zwerchfell dieser adipösen Personen dazu tendiert,
eine Position einzunehmen, die als angehoben beschrieben werden kann,
wenn eine Person steht, was zu einer Verringerung des Lungenvolumens
und zu einer Erhöhung des
Shunts führt.
Dies kann sogar im normalen Alltagsleben zu Oxygenierungsproblemen
führen.
Das Problem tritt auch in der Anästhesie
oder in der Intensivtherapie auf und dehnt sich ferner auf die postoperative Überwachung
aus, wo die Wiederherstellung der normalen Lungenfunktionen 4–5 Stunden
dauern kann (Brodsky: „Morbid
obesity", Current
Anaesthesia and Critical Care (1998) 9:249–254).
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Die
Komprimierung der Lungen durch die Masse, die auf dieselben einwirkt,
kann während
der Zeit, in der eine Ausatmung erfolgt, einen alveolären Kollaps
bewirken. Die kollabierten Alveolen öffnen sich im Verlauf einer
Einatmung, wenn der Lungenöffnungsdruck
zunimmt. Der Lungenöffnungsdruck, der
zum Öffnen
der Lunge erforderlich ist, nimmt zu den untersten Lungenregionen
hin zu, wo das Vorliegen der komprimierenden Masse einer adipösen Person
ebenfalls zunimmt, und im Verlauf der Einatmung wird mehr Lungenvolumen
erneuert. Beim spontanen Atmen ist dieser Öffnungsdruck ein Unterdruck
im Pleuraspalt, der durch Atemmuskeln, von denen das Zwerchfell
der Wichtigste ist, erzeugt wird. Bei der künstlichen Beatmung ist der Öffnungsdruck
ein Überdruck
in dem Lungengasraum, der durch das Beatmungsgerät erzeugt wird. Zu Beginn der
Ausatmung lässt
der Lungenöffnungsdruck
nach, und das Entleeren der Lunge beginnt. Die Lungenregionen, die
während
der Einatmung als Letztes geöffnet
wurden, schließen
sich zu Beginn der Ausatmung als Erstes. Dieser Lungenkollaps setzt
sich während
der Ausatmung von der untersten Lungenregion nach oben fort.
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Auf
Grund der hohen Diffusionskapazität von alveolärem NO in
das Blut und auf Grund der Sensitivität des Kapillar-Glattmuskeltonus
bezüglich
des Gefäß erweiternden
Effekts von NO hat das NO eine schnelle Wirkung auf den glatten
Muskel. Sogar der kurze Zeitraum am Ende der Einatmung, wenn die letzten
Alveolen vor einem erneuten Kollaps oder einem erneuten Schließen der
Bronchien zu Beginn der Ausatmung geöffnet werden, kann ausreichend sein,
um die Kapillaren zu erweitern. Bei den kollabierten Alveolen ist
die auf diese Weise verbesserte Perfusion nicht an dem Gasaustausch
beteiligt. Die Kapillaren um die Alveolen, die während der gesamten Ausatmung
offen bleiben, erweitern sich auf Grund des inhalierten NO ebenfalls.
Wenn die erhöhte
Oxygenierung der zuletzt Genannten ausreichend ist, um die ineffektive
Erweiterung um die kollabierten Alveolen herum zu überwinden,
wird unter dem Strich eine eindeutige Verbesserung der Oxygenierung
erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
aktuelle Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Oxygenierung
bei Patienten, die im Wesentlichen gesunde Lungen aufweisen, wie durch
das Nichtvorliegen einer Diagnose einer Lungenerkrankung oder -verletzung
belegt ist, die jedoch einen verringerten alveolären Gasaustauschbereich aufweisen.
Diese Verringerung kann durch akute Umstände wie z.B. eine unnatürliche Körperposition bewirkt
werden oder kann beispielsweise chronisch sein, z.B. als Folge von
Adipositas.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Verwendung von NO-Gas zur Herstellung eines atembaren Gases zur
Verbesserung der Oxygenierung und Reduktion der Shuntperfusion durch
Bereitstellung von NO-Gas in ventilierte Alveolen der Lungen in
einem Patienten mit keiner Diagnose einer Lungenverletzung vorgesehen,
der aber an einer beeinträchtigten
Oxygenierung leidet, wobei die Lungen des Patienten einen ventilierten
Anteil der Alveolen aufweisen, die während der Ein- und Ausatmung
offen bleiben, und einen weiteren alveolären Anteil, umfassend einen, worin
die Alveolen während
der Ausatmung aufgrund der Kompression durch Gewebsmasse kollabieren, worin
der Schritt des Bereitstellens von NO-Gas an die Lungen des Patienten
auf eine derartige Weise durchgeführt wird, dass eine ausreichende
NO-Menge an den ventilierten alveolären Anteil abgegeben wird,
um die Vasodilatation der Kapillaren herbeizuführen, während eine NO-Menge an den
weiteren alveolären
Anteil bereitgestellt wird, die im Vergelich zu der, die an den
genannten ventilierten alveolären
Anteil abgegeben wird, klein ist. NO, das Alveolen bereit gestellt
wird, die während
der Ausatmung kollabieren, ist im Vergleich zu denjenigen, die offen
bleiben, gering, um dadurch eine Nettoreduktion des Shunts und somit
eine Verbesserung der Oxygenierung zu liefern. Dieses Ergebnis kann
entweder durch genaue Steuerung bzw. Kontrolle der eingeatmeten
NO-Konzentration oder durch eine gepulste Verabreichung des NO erzielt
werden.
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Die
Inhalations-NO-Abgabe an die kollabierenden Alveolen muss gering
genug sein, um keine Gefäßerweiterung
zu bewirken, wohingegen die Abgabe an die Alveolen, die während der
gesamten Einatmung und Ausatmung offen bleiben, ausreichend sein
muss, um die Erweiterung zu bewirken. Damit eine Verabreichung von
NO in einer konstanten eingeatmeten Konzentration erfolgt, ist eine
genaue Steuerung der Abgaberate erforderlich, um die Menge an NO,
das an kollabierende Lungenbereiche abgegeben wird, zu begrenzen
und dennoch ausreichend NO für
die offen bleibenden Alveolen zu liefern, um den Nettoeffekt in
Form einer Verringerung des pulmonalen Shunts und einer Verbesserung
der Oxygenierung zu erzielen.
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Alternativ
dazu kann die Puls-NO-Verabreichung zeitlich so gesteuert werden,
dass sie während der
ersten z.B. 30–70
% der Einatmung erfolgt. Eine derartige Verabreichung vermeidet
eine Abgabe in die sich zuletzt öffnenden
Alveolen und somit eine Erweiterung der Kapillaren, die diesen Alveolen
zugeordnet sind. Bei einer gepulsten Verabreichung ist die Steuerung
der NO-Abgaberate weniger kritisch.
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Verschiedene
andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung, die geeignet ist,
um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen;
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2 ist
ein Graph, der das Lungenvolumen auf den intrapleuralen Druck bezieht;
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3 ist
eine vereinfachte Darstellung der in dem Graphen der 2 enthaltenen
Informationen;
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4 ist
ein schematisches Diagramm einer alternativen Vorrichtung zum Ausführen des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Eine
Vorrichtung für
eine gepulste NO-Verabreichung ist in 1 gezeigt.
Das NO aus dem Vorrat 21 wird durch einen Druckregler 18,
der den Vorratsdruck auf einen geeigneten Pegel regelt, und durch
ein Abgabesteuerventil 19 an eine Dosierungskammer 20 geleitet.
Die Dosierungskammer weist ein feststehendes bekanntes Volumen auf.
Wenn bei einem durch den Druckregler 18 geregelten Druck
in ein festgelegtes bekanntes Volumen geladen wird, ist die Gasmenge
in der Dosierungskammer bekannt. Für die Abgabe aktiviert die
Steuereinheit 24 das Steuerventil 19, das die
Dosierungskammer mit der Abgabeleitung 23 verbindet und
die Verbindung zwischen dem NO-Vorrat und der Dosierungskammer schließt. Das
Gas aus der Dosierungskammer wird entnommen, bis der Druck der Dosierungskammer mit
dem Umgebungsdruck ausgeglichen ist. Das abgegebene Gas ist somit
die Differenz der Gasmenge der Dosierungskammer zwischen dem Anfang und dem
Ende des Abgabepulses. Das Volumen der Dosierungskammer hängt von
dem abzugebenden Volumen ab. Als Beispiel könnte das 50 ml betragende Pulsvolumen,
das bei klinischen Versuchen mit Pferden verwendet wird, mit einem
Reglerüberdruck
von 1 Bar und einem Kammervolumen von 50 ml oder alternativ dazu
mit einem Überdruck
von 2 Bar und einem Kammervolumen von 25 ml erzeugt werden. Bei einem
feststehenden Kammervolumen kann ein Anpassen des geregelten Vorratsdruckes
das Dosisvolumen regeln. Alternativ dazu kann das Öffnen des Ventils
eine festgelegte Zeitdauer umfassen. Für einen Patienten, der auf
normale Weise atmet, kann der NO-Puls
durch eine Nasenkanüle
oder ein anderes geeignetes Mittel an den Patienten abgegeben werden.
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Die
Dosis wird durch die Abgabeleitung 23 an die Nasenkanüle verabreicht.
Zum Zweck einer Synchronisierung der Pulsverabreichung ist die NO-Abgabevorrichtung
mit einem Drucksensor ausgestattet. Ein Einatmen seitens des Patienten
bewirkt beim spontanen Atmen einen Unterdruck. Dieses Drucksignal
wird durch die Abgabeleitung zu einem Drucksensor 22 transportiert.
Wenn der Sensor auslösende
Druckbedingungen erfasst, aktiviert die Steuereinheit 24 das
Ventil 19 bezüglich
einer Dosisabgabe. Derselbe Drucksensor kann die Abgabe überwachen,
da der Flusswiderstand der Abgabeleitung eine Druckzunahme an dem
Messpunkt bewirkt. Nach dem Puls wird das Ventil 19 deaktiviert,
wobei die Verbindung zwischen dem NO-Vorrat und der Dosierungskammer
zum Zweck einer Wiederbeladung der Dosierungskammer wiederhergestellt
wird.
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Wie
oben angegeben wurde, ist die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung
von NO an Patienten gerichtet, die im Wesentlichen gesunde Lungen
haben, aus verschiedenen Gründen
jedoch an einer unzureichenden Oxygenierung des Blutes leiden. Eine
unzureichende Oxygenierung wird durch eine große Differenz des alveolär-arteriellen
Sauerstoffpartialdrucks oder durch einen niedrigen arteriellen Sauerstoffpartialdruckpegel
belegt. Bezüglich
der Differenz des alve olär-arteriellen
Sauerstoffpartialdrucks ist eine Differenz von mehr als 20 kPa ein
Beleg für
eine unzureichende Oxygenierung. Bei normalen menschlichen Patienten
ist die Differenz im Wesentlichen Null. In Bezug auf arterielle
Sauerstoffpartialdrücke
ist ein Partialdruck von weniger als 10 kPa ein definitiver Beleg
für eine
unzureichende Oxygenierung beim Menschen, wobei der normale Pegel beim
Atmen von Luft 13 kPa beträgt.
Die Verabreichung von NO kann auf einer Bestimmung dessen basieren,
dass bei dem Patienten eine dieser Bedingungen vorliegt oder beide
diese Bedingungen vorliegen.
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2 präsentiert
die Volumenänderung
in verschiedenen Lungenabschnitten bei diversen intrapleuralen Drücken, die
im Verlauf eines spontanen Atmens anzutreffen sind. Die Bezeichnung
A zeigt Alveolen, die während
der gesamten Ausatmung offen bleiben, und die Bezeichnung B zeigt
Alveolen, die während
der Ausatmung kollabieren und sich während der Einatmung öffnen. Die
Pfeile in den Bezeichnungen geben die Bandbreite einer volumetrischen
Bewegung der jeweiligen Alveolen in der Kurve aus Volumen und intrapleuralem
Druck an. Die Figur zeigt die vorübergehende Öffnung der als B identifizierten
Alveolen. Die NO-Abgabe in diese Alveolen sollte unterhalb der Menge
liegen, die für
eine Gefäßerweiterung
der in der Nähe
dieser Alveolen liegenden Kapillaren benötigt wird, da während der
Ausatmung kein alveoläres
Volumen für
einen Gasaustausch verbleibt und die erhöhte Durchblutung den Shunt
erhöht.
Die als A identifizierten Alveolen bleiben während des gesamten Atmungszyklus
offen, und ihnen sollte ausreichend NO bereitgestellt werden, um
die Gefäßerweiterung
zu bewirken.
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3 zeigt
dieselben Informationen wie 2 in vereinfachter
Form, wobei der Teil einer gesunden Lunge 30, der Alveolen
B enthält,
durch die Gewebsmasse 32 komprimiert gezeigt ist. Eine
Einatmung erfolgt in 3 von links nach rechts, wobei Atmungsgase,
die NO enthalten, beispielsweise als pulsierende Dosis, die Lunge 30 füllen. Die Inflation beginnt
bei dem oberen Teil der Lunge, d.h. dem Teil, der in 2 gezeigte
Alveolen A enthält.
Bis das Ende der Einatmung naht, wie auf der rechten Seite der 3,
wurde die NO-Konzentration bereits durch die inhalierten Atmungsgase
verdünnt
und/oder durch einen Gastransfer in den Alveolen A beseitigt, so
dass wenig oder kein NO verleibt, während der komprimierte Abschnitt
der Lunge schließlich
gefüllt wird.
Die NO-Abgabe an die Alveolen B ist somit begrenzt. 3 zeigt
auch die Tätigkeit
der Lunge auf eine Ausatmung hin.
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Eine
Vorrichtung für
eine gepulste NO-Verabreichung ist ferner in einer früheren Patentschrift eines
in der vorliegenden Anmeldung genannten Miterfinders, US-Patentschrift
5,918,596, offenbart. Eine alternative Abgabevorrichtung, die speziell
für eine synchron
zur Einatmung erfolgende NO-Verabreichung
in Pulsen ausgelegt ist, ist in 4 im Rahmen
eines Anästhesiesystems
dargestellt.
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Ein
besonderer Vorteil der gepulsten NO-Abgabe wird erhalten, wenn ein
Rückatmungskreislauf dieses
in 4 gezeigten Typs verwendet wird. NO reagiert mit
Sauerstoff, wobei Stickstoffdioxid (NO2) entsteht.
NO2 ist ein hochgiftiges Gas, und die Konzentration
sollte unter 2 ppm (OHSA-Grenze für eine Arbeitsumgebung) gehalten
werden. Die NO2-Entstehungsrate hängt von der verfügbaren Reaktionszeit, der
vorhandenen Sauerstoffkonzentration und dem Quadrat der NO-Konzentration
ab. Eine synchron zur Einatmung erfolgende Abgabe von NO als kurzen Puls
lenkt das NO in perfundierte Alveolen. Auf Grund der hohen Diffusionskonstante
von NO in das Blut wird das alveoläre NO rasch aufgenommen, und lediglich
ein geringer Anteil wird in den Atmungskreislauf exhaliert, wodurch
die Konzentration im Kreislauf gering gehalten wird und wodurch
somit die Entstehung von NO2 verringert
wird. Bei einer Abgabe bezüglich
einer konstanten eingeatmeten Konzentration wird NO in anatomische
Toträume
sowie in die Lungen verabreicht. Bei Verwendung mit einem Atmungskreislauf
wird das gesamte Totraumgas entleert, wo durch die NO-Konzentration
des Atmungskreislaufs und somit die Entstehung von NO2 erhöht wird.
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Bei
dem in 4 dargestellten NO-Therapiesystem besteht der
Atmungskreislauf 1 des Patienten aus einem Einatmungszweig 2,
einem Ausatmungszweig 3, einem Patientenzweig 4,
Einwegventilen 6 und 7, einem CO2-Wäscher 8 und
einem Beatmungsgerätzweig 9.
Der Atmungskreislauf ist von standardmäßiger Konstruktion und verbindet
die Lungen 5 des Patienten mit dem Beatmungsgerät-Verbindungsschlauch 9.
Der Beatmungsgerät-Verbindungsschlauch 9 verbindet
den Atmungskreislauf mit einem Balg 10, in den der Patient
während
der Ausatmung ausatmet. Der Balg kann sich in einem Behältnis 11 befinden,
das zum Zweck einer künstlichen
Beatmung des Patienten mit einer Beatmungsgerätsteuerung 12 verbunden
ist. Die Einwegventile 6 und 7 lenken den Einatmungs-
und den Ausatmungsfluss zu den jeweiligen Flusspfaden. Der Wäscher 8 beseitigt
das CO2 während der Rückatmung aus dem ausgeatmeten
Gas. Das von dem CO2 gereinigte Gas wird
mit frischem Gas von einem Gasmischer beliefert, der eine Frischgasflusssteuerung 13 und
-dosierung 14 zum Steuern des Gasflusses von dem Vorrat 16 aufweist.
Der Druckregler 15 verringert den Vorratsdruck auf einen
entsprechenden Peqel für
die Flusssteuerung. Der Frischgasvorrat kann mehrere Gasquellen
umfassen und kann einen Narkosemittelverdampfer umfassen. Die Dosis wird
durch die Abgabeleitung 23 an den Patientenzweig 4 des
Atmungskreislaufs verabreicht. Bei dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
erfasst der Drucksensor 22 den durch den Balg 10 erzeugten Überdruck.
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Bei
einem klinischen Versuch an sechs Pferden, die in der Rückenlage
mit Isofluran in Sauerstoff anästhesiert
wurden, wurden NO-Pulsvolumina von 3,6 μmol und 4,9 μmol für jede Einatmung sowohl bei der
spontanen Atmung als auch bei der künstlichen Beatmung verabreicht.
Die NO-Abgabe wurde auf die oben beschriebene Weise durchgeführt, wobei die
Abgabe von NO in den Alveolen, die während der Ausatmung kollabieren
und sich während
der Einatmung öffnen,
auf Grund der Rückenlage
der Pferde beschränkt
war. Im Anschluss an die Abgabe stieg der arterielle Sauerstoffpartialdruck
von im Mittel 14,5 kPa (Standardabweichung 5,1 kPa) auf 28,1 kPa (11).
Die Veränderung
des pulmonalen Shunts, der mit der Shunt-Gleichung aus dem arteriellen
und venösen
Sauerstoffgehalt berechnet wurde, betrug von 32,2 % (5,9) zu 22,4
(6,0). Die Veränderungen
waren statistisch bedeutsam (p < 0,01).
Im Gegensatz dazu lieferte eine 10 ppm aufweisende konstante eingeatmete
Konzentration bei einer anderen Studie keinerlei Verbesserung (Young
et al.: „Effects
of inhaled nitric oxide 10 ppm in spontaneously breathing horses anaesthetized
with halothane",
British Journal of Anaesthesia, August 1999).
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Wie
oben angemerkt wurde, zeigen 1 und 4 die
gepulste Verabreichung von NO. Die Erfindung kann unter Verwendung
einer konstanten NO-Konzentration während der Einatmung praktiziert werden.
In einem solchen Fall kann zwischen dem Druckregler für den NO-Vorrat
und einer Abgabeleitung eine Gasflusssteuerung, die der in 4 als 13 Gezeigten ähnelt, vorgesehen
sein, um die NO-Menge, die während
der Einatmung an den Patienten geliefert wird, zu steuern.
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Man
erkennt, dass andere Äquivalente,
Alternativen und Modifikationen neben den ausdrücklich angegebenen möglich sind
und in dem Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche enthalten sind.