Mit dem Pulmotor fing es an Hundert Jahre maschinelle … · 2017-02-06 · 6 | Inhaltsverzeichnis Eine Geschichte von hundert Jahren 8 Die Geschichte der Beatmungstechnik 10 Die

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Ernst Bahns

Mit dem Pulmotor fing es anHundert Jahre maschinelle Beatmung

Ernst Bahns

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Mit dem Pulmotor fing es an – Hundert Jahre maschinelle Beatmung

Ernst Bahns

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Inhaltsverzeichnis

Eine Geschichte von hundert Jahren 8

Die Geschichte der Beatmungstechnik 10

Die „Stunde Null“ in der maschinellen Beatmung – Der „Ur-Pulmotor“ 10

Das Steuerprinzip des Ur-Pulmotors 12

Die Weiterentwicklung des Pulmotors durch Bernhard Dräger 14

Vom Prototypen zur Serienreife – Ein neuartiges Steuerprinzip 16

Das Pulmotorprinzip (1) 18

Das Pulmotorprinzip (2) 20

Der Pulmotorstreit (1) 22

Der Pulmotorstreit (2) 24

Weiterentwicklung des Pulmotor – Die Pulmotordose 26

Der Pulmotor im klinischen Einsatz 28

Ein neuer Weg – Die Wechseldruckbeatmung mit der Eisernen Lunge 30

Kreativität und Improvisationsgeist in der Nachkriegszeit 32

Anfänge in der Intensivbeatmung – Die Assistoren 34

Der Weg zur modernen Intensivbeatmung – Die Spiromaten 36

Intensivbeatmung im stetigen Fortschritt – Vom Spiromat zur EV-A 38

Moderne Intensivbeatmung – Die Evita-Familie 40

Neue Märkte und neue Anwendungsbereiche für die Beatmung 42

Die Beatmung kleiner Patienten – Der Weg zum Babylog 44

Intensivbeatmung in der Neonatologie – Das Babylog 8000 46

Vom Pulmotor zum Oxylog 48

Die Oxylog-Familie – Der Weg in die moderne Notfallbeatmung 50

Die Rolle der Therapeuten 52

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Die Geschichte der Beatmung 54

Das Beatmungsgerät im klinischen Einsatz – Eine Übersicht 54

Atmung und Beatmungsverfahren – Ein grundsätzlicher Unterschied 56

Drei Probleme der maschinellen Beatmung 58

Druckbegrenzte Beatmung mit dem UV-1 60

Neue Beatmungstechnik mit EV-A 62

Einfach und offen für Spontanatmung – Druckkontrollierter BIPAP 64

Optimaler Druck und offen für Spontanatmung – Volumenkonstanter AutoFlow® 66

Druckunterstützte Spontanatmung 68

Die Anpassung der Unterstützung an die Spontanatmung 70

Die Regelung der Druckunterstützung durch den Patienten 72

Die Problematik des Atemanschlusses 74

Besonderheiten der Früh- und Neugeborenen-Beatmung 76

SmartCare®/PS 78

Tendenzen in der Entwicklung der Beatmungsverfahren – Fazit 80

Tendenzen in der Entwicklung der Beatmungsverfahren – Ausblick 82

Vom Messinstrument zum Beatmungsmonitor 84

Von der Momentaufnahme zur Trendanalyse 86

Der Wert des grafischen Monitorings 88

Beatmungsmonitoring in einer neuen Zeit 90

Beatmungsdiagnostik in einem neuen System 92

Leistungsumfang und Bedienung 94

Leistung stark, Bedienung einfach – ein Widerspruch? 96

Bedienung einheitlich – eine Vision? 98

Vom Beatmungsgerät zum Beatmungsmodul 100

Vom Modul zum System Akutmedizin 102

Akutmedizin als Ganzes gesehen – Infinity® Acute Care System™ 104

Literaturverzeichnis 106

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Eine Geschichte von hundert Jahren

Die Geschichte der Beatmung ist für Dräger mehr als einnüchterner chronologischer Ablauf – die Geschichte derBeatmung ist eng verbunden mit der Geschichte der FamilieDräger.

Die Geschichte der Beatmung aus dem Hause Dräger beginntmit dem Pulmotor, für den mein Ur-Ur-Großvater HeinrichDräger im Jahr 1907 das Patent erhielt. In seinen Lebens-erinnerungen beschreibt er, wie er während einer Auslands-reise Ideen zur Wiederbelebung bei Gasvergiftungen sammeltund diese dann mit der Erfindung des Pulmotors umsetzt. Es war dann mein Urgroßvater Bernhard Dräger, der dabeimitwirkte, die Erfindung seines Vaters zur Serienreife zubringen, und das Pulmotorkonzept mit einer Steuerung durchAtemwegsdruck weiterentwickelte.

Die Beatmung muss wohl für meine Vorfahren eine ArtHerzensangelegenheit gewesen sein, bei der sie sich nicht nurauf die unternehmerische Führung beschränkten. Vielmehrhaben sie sich durch persönliches Engagement in den Ent-wicklungsprojekten direkt beteiligt. Auch ich selbst habe dieBegeisterung für die Beatmung von meinen Vorfahren geerbt,bin von Haus aus Ingenieur, und habe in den Jahren 1999 bis 2002 das weltweite Geschäftsgebiet Intensivbeatmunggeleitet. Die heutigen Beatmungsgeräte arbeiten mit elektro-nischer Steuerung durch Mikroprozessoren.

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Mit der vorliegenden Broschüre wollen wir jedoch nicht nurvon der Vergangenheit der Beatmung berichten, sondern wirwollen auch einen Beitrag zur Diskussion um die Zukunft derBeatmung leisten. Wir wollen Ihnen deshalb die Beatmung sobeschreiben, dass nicht nur das medizinische und technischeFachpersonal, sondern alle Interessierten etwas davon mit-nehmen können und sich an der Diskussion um die künftigeEntwicklung der Beatmung beteiligen können.

Mit dem Anspruch, auch denjenigen die Beatmung zu ver-anschaulichen, die nicht tagtäglich damit zu tun haben, ist esunumgänglich, Grundlagen darzustellen, die dem sach-kundigen Leser bereits geläufig sind. Der Einfachheit halberbeschränkt sich die vorliegende Fibel ausschließlich auf dieBeatmung aus dem Hause Dräger.

Stefan Dräger

Die „Stunde Null“ in der maschinellen Beatmung –Der „Ur-Pulmotor“

Maschinelle Beatmung setzt mechanische Hilfen und Sauerstoff bei unzurei -chender Spontanatmung ein. Ein Beatmungsgerät ventiliert die Lunge mit einemBeatmungsmuster, einem definierten Zeitverlauf von Druck und Volumen und esleistet dabei maschinelle Atemarbeit. Beatmungsgeräte müssen dazu über einSteue rungsprinzip verfügen und in der Regel bieten sie die Möglichkeit, mit Sauer-stoff zu beatmen.

In der Entwicklung von Beatmungsgeräten waren somit zwei Fertigkeiten gefragt:Die Konstrukteure mussten sich in Steuerungsprinzipien auskennen und siemussten mit der Handhabung von Druckgasen vertraut sein. Beide Voraussetzungenwaren zu Beginn des vorigen Jahrhunderts in der noch jungen Firma „Heinrich &Bernhard Dräger“ gegeben und die Entwicklung eines Beatmungsgerätes wardamals im wahrsten Sinne des Wortes eine Chefsache.

In seiner Publikation „Das Werden des Pulmotors“ (7) dokumentierte der Unter-nehmensgründer Heinrich Dräger seine Überlegungen zur Entwicklung einesBeatmungsgerätes. Er skizzierte darin eine neue Technologie zum „Einblasen von

Frischluft oder Sauerstoff in dieLunge“. Sein Pulmotor erzeugteabwechselnd einen positiven undnegativen Atemwegsdruck und war mitDruck-Sauerstoff betrieben. Für die Ent-wicklung seines „Ur-Pulmotors“ wurdeHeinrich Dräger im Jahre 1907 dasPatent erteilt.

10 | DIE GESCHICHTE DER BEATMUNGSTECHNIK

Der Ur-Pulmotor (1907). Versuchsmodell entsprechend der von Heinrich Dräger zumPatent angemeldeten ersten Version des Pulmotors

Heinrich Dräger nimmt in Gegenwart seiner Familie eine Patentschrift vom Postboten entgegen

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Das Steuerprinzip des Ur-Pulmotors

Für die Umschaltung zwischen Einatmung und Ausatmung setzte Heinrich Drägerin seinem Ur-Pulmotor eine Mechanik ein, die ihm als gelerntem Uhrmacher rechtgeläufig war: Die Steuerung des Beatmungsmusters erfolgte damals mit einemmodifizierten Uhrwerk mit Kurvenscheibe.

Das Bemerkenswerte an dem „Ur-Pulmotor“ ist die Be gründung, die H. Dräger für die Wahl seinesSteuerungsprinzips gab. Er wählte fürseinen Apparat ein techni sches Prinzip,das die Physiologie so naturgetreu wiemöglich ersetzt und mit dieser Ziel-setzung der künstlichen Beatmung warer seiner Zeit um Jahrzehnte voraus.Für H. Dräger war die physiologischeFunktion, die es zu ersetzen galt, eineregelmäßige Bewegung des Atem-

apparates mit einem konstanten Zeitverlauf. Deshalb wählte er für seine Beatmungs -maschine ein technisches Prinzip, bei dem die Dauer der Ein- und Ausatemphasewährend der künstlichen Beatmung unverändert blieb. Die Beatmung war nachunserem heutigen Verständnis zeitgesteuert.

Der Rest der Welt, wie übrigens auch diejenigen, die den Pulmotor weiterent-wickelten, folgte einem anderen Weg. Zur Steuerung des Beatmungsmusters dientedabei ein technisches Prinzip, das nach Erreichen bestimmter Beatmungsdrückeauf Aus- bzw. auf Einatmung umschaltete. Derartige Systeme nennt man druck-gesteuert. Druckgesteuerte Beatmungsgeräte wurden mit der Zeit immer robuster,zuverlässiger und genauer, kurz, sie wurden technisch immer besser. Druck-gesteuerte Beatmungsgeräte erscheinen aus heutiger Sicht technisch optimiert. Sie realisierten also einen Weg, den die Technik damals besser beherrschte.


Bernhard und Heinrich Dräger

Heinrich Dräger

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Hier war H. Dräger, wie gesagt, seiner Zeit etwas voraus: Moderne Beatmungsgerätesind nicht mehr druckgesteuert, sondern überwiegend zeitgesteuert. Ob H. Drägerschon damals wusste, dass er mit seinem Prinzip der Physiologie näher kam alsandere, entzieht sich unserer Kenntnis. Tatsache jedoch ist, dass sein 1907patentierter Pulmotor mit der Zeitsteuerung den richtigen Weg wies.

Die Weiterentwicklung des Pulmotors durch Bernhard Dräger

Der „Ur-Pulmotor“ war sicherlich ein bahnbrechendes Konzept, blieb aber auf derStufe eines Versuchsmodells, das für die Praxis noch nicht geeignet war. Es gabnämlich noch zwei Unzulänglichkeiten, die Heinrich Dräger bereits bei der Ent-wicklung erkannt und dokumentiert hatte (7). Zum einen bewirkte seine Kon-struktion eine erhebliche Rückatmung des ausgeatmeten Gases und zum anderenkonnte durch die rigide Uhrwerk-Steuerung die Beatmung nicht an den Patientenangepasst werden. Die Abhilfe dieser Unzulänglichkeiten überließ Heinrich Drägerseinem Sohn Bernhard und dem Ingenieur Hans Schröder (8).

Das Problem der Rückatmung von aus-geatmetem Gas behob Bernhard Drägerdurch eine Neukonstruktion des Atem-anschlusses. Beim „Ur-Pulmotor“ warder Patient nur über einen Schlauchmit der Beatmungsmaschine ver-bunden. Dieser Schlauch wirktegewissermaßen als Verlängerung derLuftröhre, da eine Trennung von Ein-und Ausatemluft erst innerhalb desBeatmungsgerätes vorgenommenwurde.

Bernhard Dräger ersetzte den Atemanschluss des„Ur-Pulmotors“ durch ein Schlauchsystembestehend aus Einatemschlauch und Ausatem-schlauch und bewirkte durch eine geänderteVentilsteuerung eine patientennahe Trennung vonEinatemluft und Ausatemluft. Die Verunreinigungder Einatemluft durch ausgeatmetes Kohlendioxidwar damit erheblich verringert.


Bernhard Dräger in seinem Büro (1904)

Heinrich und Bernhard Dräger

Bernhard Dräger in der Versuchswerkstatt

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Vom Prototypen zur Serienreife – Ein neuartiges Steuerprinzip

Eine weitere große Herausforderung in der Weiterentwicklung des Ur-Pulmotorswar der Nachteil der rigiden Steuerung, die sich nicht an die Lungenmechanikanpassen ließ. Dadurch konnten gefährliche Beatmungsdrücke nicht verhindertwerden, die bisweilen dann entstehen, wenn die Lungenmechanik sich ver-schlechtert. Hier gelang dem Ingenieur Hans Schröder die Konstruktion einesSteuerprinzips, das über Jahrzehnte in diversen Generationen von Beatmungs-geräten eingesetzt wurde. Mit der Neuentwicklung des Steuerungsmechanismuskonnte abhängig vom Atemwegsdruck automatisch von Einatmung auf Ausatmungumgeschaltet werden. Eine detaillierte Darstellung des Funktionsprinzips wird aufder folgenden Doppelseite gegeben.

Die Antwort auf die Frage, welchesBeatmungsgerät nun das erste war, istErmessenssache. Definiert man einBeatmungsgerät als eine Maschine, die mechanische Atemarbeit mit einem definierten Zeitmuster leistetund die Möglichkeit einer Sauerstoff-beatmung bietet, dann ist der 1907 vonHeinrich Dräger patentierte Pulmotorwahrscheinlich das erste Beatmungs-gerät.

Fügt man aber als weiteres Kriterium die Serien-reife und die nachgewiesene erfolgreiche klinischeAnwendung hinzu, dann gebührt der Weiterent-wicklung des Pulmotors durch Bernhard Drägerund Hans Schröder das Prädikat „erstes Beatmungs -gerät“. Unter diesem Gesichtspunkt ist der druck-gesteuerte Pulmotor mit großer Sicherheit dasweltweit erste Beatmungsgerät in der Geschichteder Medizintechnik.


Der Pulmotor im Arztwagen eines Eisenbahn-Hilfszuges (1913)

Der Pulmotor im Einsatz beieinem Badeunfall

Serienfertigung des Pulmotors

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Das Pulmotorprinzip (1)

Der in den vorherigen Seiten bereits grob skizzierte Pulmotor soll im Folgendennun detailliert in seinem Aufbau und seiner Funktion beschrieben werden. Tech-nische Innovationen des Pulmotors sind die „Druck- und Saugdüse“ zur Erzeugungdes Beatmungsdruckes und der Steuerungsmechanismus zum Umschaltenzwischen Einatemphasen und Ausatemphasen.

Die für die maschinelleBeatmung notwendigeEnergie stammt aus demDruckgasbehälter des Pul-motors – Sauerstoff ist hieralso nicht nur Medikamentfür den Patienten, sondernauch Energiequelle derBeatmungsmaschine. DerSauerstoff wird über eine„Saugdüse“ mit Umgebungs-luft vermischt in ein Rohr-

system eingeleitet. Die Anordnung der Düse ist aus der Skizze von Heinrich Drägerersichtlich (7). Durch die Einleitung des Druckgases wird innerhalb des Rohr-systems ein Gasfluss erzeugt und es entsteht vor der Düse ein Überdruck, währendhinter der Düse ein Unterdruck entsteht. Eine derartige Konstruktion bezeichnetman als Injektor.

Durch ein Ventilsystem wird der Patient in der Inspirationsphase mit dem Über-druckbereich des Rohrsystems und in der Exspirationsphase mit dem Unter -druckbereich verbunden (7). Das Ventilsystem besteht beim Ur-Pulmotor noch auseinem Vierwegehahn, welcher wie bereits beschrieben durch ein Uhrwerk betätigtwird.


Funktionsprinzip des Ur-Pulmotors, dargestelltnach Skizzen von Heinrich Dräger (7). Links: Ausatmung, rechts: Einatmung

Schematische Darstellung des druckgesteuerten Pulmotors

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Das Pulmotorprinzip (2)

In der Weiterentwicklung von Hans Schröder wird das Injektorprinzip aus dem Ur-Pulmotor übernommen. Der Vierwegehahn und das Uhrwerk sind jedoch durcheine neue Steuermechanik ersetzt. Die Grafik der vorherigen Seite zeigt den Aufbauim Detail.

Die Steuermechanik besteht hier aus einemLederbalg, der an das Rohrsystem angeschlossenist. Dieser Balg dehnt sich bei Überdruck aus undschaltet dabei einen Steuermechanismus um.

Der Steuermechanismus betätigt nun ein Ventil-system, welches eine Änderung des Gasflusses imAtemsystem bewirkt: In der Stellung „Ein“ wirdder Patient mit dem Überdrucksystem verbundenund vom Unterdrucksystem getrennt. In derStellung „Aus“ wird der Patient vom Überdruck-system getrennt und mit dem Unterdrucksystemverbunden.

Das Ventilsystem ist weiterhin so konstruiert, dass während der Ausatemphase dasRohrsystem nach außen geöffnet wird, so dass das Gas frei abströmen kann. Einweiterer, so genannter Bremsbalg sorgt für eine mechanische Dämpfung bei derUmschaltung der Atemphasen.


Pulmotor mit Wandmontage

Pulmotor auf Stativ mit Zusatzvorrichtung zur Anreicherung der Atemluft mitKohlendioxid zur Anwendung im Operationssaal

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Der Pulmotorstreit (1)

Bereits fünf Jahre nach Beginn der Serienfertigung 1908 waren 3.000 Pulmotore imEinsatz – eine für die damaligen Verhältnisse enorme Stückzahl (22). Zehn Jahrespäter hatte sich die Anzahl der im Einsatz befindlichen Pulmotore auf knapp 6.000fast verdoppelt (12) und nach 38 Jahren wurde die Anzahl der im Einsatzbefindlichen Geräte auf mehr als 12.000 geschätzt (16). Die mit dem Pulmotordurchgeführten Wiederbelebungen wurden seinerzeit vom Drägerwerk mitakribischer Genauigkeit protokolliert und mit großem Stolz in den Drägerheftenpubliziert (15).

Hinter dieser Öffentlichkeitsarbeit von Drägerstand ein klares Interesse: Man wollte der Öffent-lichkeit nachweisen, dass die Wiederbelebung mitmaschineller Beatmung einer manuellen Methodegegenüber überlegen war. Und man setzte sich zurWehr gegen Kritik am Prinzip der Überdruck-beatmung des Pulmotors, eine Kritik, die in denzwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts von kli-

nischen Anwendern vorgetragen wurde und die im so genannten „Pulmotorstreit“gipfelte (13, 14, 16).

Ein damaliger Pulmotor arbeitete mit einem Beatmungsdruck von 20 cm H2O inder Einatemphase und einem Negativdruck von – 25 cm H2O in der Ausatemphase.Zur Stimulation des Atemzentrums war eine Beimischung von CO2 vorgesehen. Mit Ausnahme des Beatmungsdrucks in der Einatemphase unterschied sich diedamalige Beatmung also recht deutlich von der heutigen und die Kritik aus derKlinik erscheint aus heutiger Sicht zumindest nachvollziehbar. Bemerkenswerter-

weise ging der Streit jedoch hauptsächlich um dievermeintlich gefährlichen Auswirkungen desBeatmungsdruckes auf Herz und Lunge – die, wiewir heute wissen, wesentlich bedenklicherenNegativdrücke oder die CO2-Beimischung fandenhingegen wenig Beachtung.

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Auszug aus der Titelseite derersten Ausgabe der Pulmotor-Nachrichten von 1930

Auszug aus der Titelseite einesDrägerheftes von 1917

Einsatz des Pulmotors bei einem Badeunfall – zeitgenössische Grafik von 1913

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Der Pulmotorstreit (2)

Das Reichsgesundheitsamt als damalige Aufsichtsbehörde kam 1922 zu der Ent-scheidung, dass es nach dem damaligen Stand der Kenntnisse gegen die Anwendungvon Überdruckbeatmung keine gesundheitlichen Bedenken gäbe, veranlasste jedoch,wissenschaftliche Untersuchungen über die erhobenen Bedenken durchzuführen.Wir wissen, dass derartige Untersuchungen unter dem Thema „Schädigung desOrganismus durch Beatmungsgeräte“ auch heute noch nicht abgeschlossen sind -der „Pulmotorstreit“ ist also im Grunde genommen auch heute noch aktuell unddas Ergebnis ist offen.

Der Pulmotorstreit ist jedochnicht nur wegen seinesErgebnisses von historischerBedeutung, sondern ein weiterer Gesichtspunkterscheint interessant. Es istdas taktische und strate -gische Verhalten von Drägerim Pulmotorstreit.

In den Drägerheften der damaligen Zeit (12, 13, 14) ist nachzulesen, welchen Aufwand Dräger trieb, um Bedenken gegen die Wirksamkeit des Pulmotors aus-zuräumen und Vermutungen über Gefährdungen entgegenzutreten. Derartiger Aufwand ging über rein kommerzielle Interessen weit hinaus. Es warder Anspruch aus unternehmerischer Sicht nachzuweisen, dass man das Richtigetut.

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Pulmotor-Einsatz im Rettungsdienst

Es ging hier also nicht nur um das Image eines Produktes, vielmehr ging es um den eigenen Namen. Dieses vertrat man gegenüber allen Beteiligten – den Kunden,den Verbänden und den Aufsichtsbehörden und wenn erforderlich, wurde sach licheKritik in technische Weiterentwicklungen umgesetzt.

Diese Strategie war mehr als das, was man damals „Absatzförderung“ nannte – so etwas nennt man heute Marketing.

Arbeiter-Samariter-Kolonne aus Schlitigheim (Elsaß) nach einem Dräger-Gasschutzkurs 1930

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Weiterentwicklung des Pulmotor – Die Pulmotordose

Das Pulmotorprinzip mit dem Umschaltmechanismus über Steuerbälge wurde imJahre 1955 grundlegend geändert (11). Anstelle der Steuerung über den Doppel -balgmechanismus trat eine handlichere, wesentlich kleinere Mechanik, die auf-grund ihrer Umkapselung den Namen „Pulmotordose“ erhielt.

Mit der Pulmotordose war die Umschaltmechaniknun so kompakt geworden, dass man sie aus demGrundgerät auslagern und patientennah einsetzenkonnte. Die beiden Faltenschläuche, die zumeinen unhandlich waren und zum anderen imLaufe der Zeit oft undicht wurden, waren damitüberflüssig. Der Patient wurde beim neuen Pul-motor über einen 1,5Meter langen Druckschlauchmit dem Grundgerät verbunden und somit hatteman beim Geräteeinsatz eine wesentlich bessereBewegungsfreiheit.

Die räumliche Trennung von Pulmotordose undGrundgerät ermöglichte dem Pulmotor jetzt eine

wesentliche Erweiterung des Einsatzbereiches und sie erlaubte eine flexible Aus-stattung. So konnte jetzt anstelle der Sauerstoff-Insufflationseinheit eine weiterePulmotordose an das Grundgerät angeschlossen undbei Bedarf zwei Patienten mit einem Grundgerätbeatmet werden. Die Beatmungsdrücke des neuenPulmotors lagen mit + 15mbar in der Inspirationund mit – 10mbar in der Exspiration unter denender Vorgänger. Die CO2-Anreicherung im Atemgas,die zur vermeintlichen Stimulation der Eigen-atmung bei den Vorgängern noch als Option zurVerfügung stand, war für den neuen Pulmotornicht mehr erhält lich. Sie wurde ersetzt durcheine pneumatisch betriebene Absaugvorrichtung.

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Tornistor-Pulmotor PT 1

Koffer-Pulmotor PK 2

DIE GESCHICHTE DER BEATMUNGSTECHNIK

Schematische Darstellung der Umschaltmechanik der Pulmotordose: Inspirationsphase und Exspirationsphase

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Neben der etablierten Kofferversion, die unter der Modellbezeichnung PK2 einge-führt wurde, stand die Tornisterversion PT1 zur Verfügung. Letztere wog nur noch13 kg und das war lediglich etwas mehr als die Hälfte des Gewichtes der früherenKofferversionen des Pulmotors. Die Modelle PK60 und PT60 bzw. PT 61 waren Weiterentwicklungen, bei denen eine modifizierte Pulmotordose eine Beatmungmit reinem Sauerstoff ohne angesaugte Umgebungsluft und somit erstmals auchBeatmung in toxischer Atmosphäre ermöglichte.

Der Pulmotor im klinischen Einsatz

Der Pulmotor repräsentierte über mehrere Jahrzehnte eine eigenständige Produkt-linie. Sein wesentlicher Einsatzbereich war dabei die Notfallbeatmung. Darüberhinaus wurde das Pulmotorprinzip in verschiedenen Beatmungsgeräten meist untereinem anderen Namen eingesetzt.

Bereits 1910 wurde das Pulmotorprinzip in der „DrägerschenAtmungsmaschine Typ MOA “ umgesetzt, bei der derUmschaltmechanismus bereits einen Steuerbalg hatte undüber eine einfache Atemgasanfeuchtung verfügte. 1913 folgteder Lungengymnastische Apparat Typ MS-A, bei dem über ein Pedal zwischen den Atemphasen umgeschaltet wurde.Eine fahrbare Version des Pulmotors wurde bereits in denzwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts vorgestellt.

Die bemerkenswerteste Klinikversion des Pulmotors ist jedochder Poliomat, bei dem bereits 1953 die neu entwickelte Pul-motordose zum Einsatz kam. Im Gegensatz zu den für denKurzeinsatz konzipierten Pulmotoren war beim Poliomat derBeatmungsdruck nicht werkseitig festgelegt, sondern er konntevom Betreiber eingestellt werden. Weiterhin konntenBeatmungsfrequenz und Volumen über Regelventile

angepasst werden. Sowohl Beatmungsdruck als auch das ventilierte Volumenkonnten an Zeigerinstrumenten abgelesen werden: Der Poliomat verfügte bereitsüber einen Beatmungsdruckmesser und ein Volumeter.

Zur Atemgaskonditionierung machte man sich imDrägerwerk eine Technik zunutze, die man imGrubenrettungswesen bereits erfolgreich einge-setzt hatte. Dort wurden zur Anfeuchtung undAnwärmung des Atemgases Nickelsiebpakete ver-wendet. In den Sieben kondensierte die Feuchtig-keit der Ausatemluft und in der Einatemphasediente dieses Kondensat dann zur Anfeuchtung des Atemgases.

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LungengymnastischerApparat Typ MS-A zum Einsatz imOperationssaal (1913)

Funktionsprinzip Atemluft -anfeuchter mit Nickelsieben


Fahrbarer Pulmotor auf Stativ mit Vorrichtung zur Kohlendioxid-Anreicherung (1928)

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Mit den Einstellmöglichkeiten für die Beatmungsparameter, den Messvor-richtungen und der Atemgaskonditionierung hatte der Poliomat bereits wesentlicheLeistungsmerkmale der späteren Intensivbeatmungsgeräte. Allerdings stand derPoliomat mit seinem Pulmotorprinzip im Wettbewerb mit anderen Gerätekon-zepten, um den in der Nachkriegszeit enorm gestiegenen Bedarf an Beatmungs-geräten zu decken.

Ein neuer Weg – Die Wechseldruckbeatmung mit der Eisernen Lunge

Der große Bedarf an Beatmungsgeräten in der Klinik entstand zum großen Teil ausder enorm gestiegenen Anzahl an beatmungspflichtigen Patienten aus den Polio -epidemien. Insbesondere kurz nach dem Zweiten Weltkrieg erhöhte sich die Nach-frage nach Beatmungsgeräten, die Patienten über längere Zeiträume und unterUmständen lebenslang beatmen konnten. Für diesen Einsatzbereich wurden ver-schiedene Gerätekonzepte entwickelt, die sich sowohl technisch als auch in derWirkungsweise mehr oder weniger deutlich vom Pulmotor unterschieden.

Bei einem dieser Gerätekonzepte han -delte es sich um große, starre Behälter,in die der beatmungspflichtige Patientgelegt wurde. Derartige Apparatenannte man etwas irreführend„Eiserne Lungen“. Zur Beschreibungder Funktion wäre jedoch der Begriff„Eiserner Brustkorb“ angebrachtergewesen, denn der starre Behälterwirkte wie ein zweiter Thorax. Indiesem Behälter bewirkte ein beweg-licher Zwischenboden fortwährend

einen Druckwechsel und leistete damit eine Belüftung der Lunge wie ein künst-liches Zwerchfell.

Mit den Eisernen Lungen konnte dieÜberlebensrate bei Atemlähmungenwährend einer Polioerkrankungdeutlich erhöht werden. Als Nachteilgalten allerdings der große Platzbedarfund die erschwerte Pflege derPatienten.

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Rumpf-Respirator (1956)

Eiserne Lunge, eingebaut in einemKrankenwagen (1954)


Eiserne Lunge Modell E 52 mit elektrischem Antrieb (1952)

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Eine Weiterentwicklung der Eisernen Lungen waren Rumpfbeatmungsgeräte, beidenen nur noch der Thorax einem Wechseldruck ausgesetzt wurde. Auch zurBehandlung des Atemnotsyndroms beim Neugeborenen wurde eine solche Unter-druck-Kammer nach dem Prinzip der Eisernen Lunge eingesetzt.

Kreativität und Improvisationsgeist in der Nachkriegszeit

Die Bedingungen, unter denen in der Nachkriegszeit die ersten Eisernen Lungenim Drägerwerk konstruiert und gefertigt werden mussten, waren anfänglich sehrschwierig. Mit außerordentlich einfachen Mitteln und mit viel Improvisationsgeistwurde die Entwicklungsarbeit nach Kriegsende wieder aufgenommen (6). Füreinen Prototypen einer Eisernen Lunge wurde dort ein Torpedorohr zu einemDruckbehälter umgebaut, als Antrieb für den Ventilationsmechanismus diente derBlasebalg einer Feldschmiede und das Getriebe stammte aus einem Fischkutter.

Die Pioniere, die anfangs in Eigen-initiative die ersten Eisernen Lungender Nachkriegszeit bastelten, fanden im Drägerwerk ihre Partner. Mit ihrer jahrzehntelangen Erfahrungbei der Entwicklung von Rettungs-geräten für Bergbau und Tauchtechnikbrachten die Ingenieure die Ideen inder Wechseldruckbeatmung zur Serien-reife.

Die ersten Eisernen Lungen aus Serien-fertigung des Drägerwerkes hatteneinen beweglichen Zwischenboden, mitdem Beatmungsdrücke von + 25mbarbis – 25mbar erzeugt werden konnten.Diese ersten Modelle wurden noch mitWasser angetrieben. Beim Modell E 52wurde dann auf elektrischen Antriebumgestellt.

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Eiserne Lunge mit Wasserantrieb (1950)

Erstes Versuchsmodell derEisernen Lunge (1947)


Serienfertigung der Eisernen Lunge im Drägerwerk

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Eiserne Lungen waren nur vorübergehend bedeutend, denn ein neuer Impulssorgte für die „Renaissance“ der Überdruckbeatmung zu Lasten der Wechseldruck-beatmungsgeräte. Dieser Impuls kam diesmal nicht aus der Technik, sondern ausder klinischen Anwendung.

Anfänge in der Intensivbeatmung – Die Assistoren

Bereits in den fünfziger Jahren des vorigen Jahrhunderts sorgte eine neue Erkennt-nis der klinischen Forschung für ein Umdenken in der Beatmungstherapie. Fehl -behandlungen und Komplikationen entstanden häufig dadurch, dass die Therapeutenin der Beur teilung der Beatmung mehr auf subjektive klinische Eindrücke als aufexakte Messparameter angewiesen waren (5). Ohne die Kenntnis der verabreichtenBeatmungsvolumina kam es dann oft zu schädlichen Geräteeinstellungen. DiePatienten erlitten entweder eine Atemgasunterversorgung oder sie wurden durcheine unnötig heftige Ventilation hohem Stress ausgesetzt.

Durch die neuen Erkenntnisse, insbe -sondere aus Skandinavien, gewann die Überdruckbeatmung durch die besseren Kontrollmöglichkeiten derVentilation wieder an Bedeutung.Dabei wurden zwei Konzepte verfolgt: Zum einen wurde die druckgesteuerten Beatmung weiter-entwickelt und später durch Instru-mente zur Messung des Volumensergänzt, andererseits wurden neueGerätekonzepte entwickelt, bei denenvon vornherein ein konstantes Volumen verabreicht werden konnte.

Für die beiden Konzepte entwickelte Dräger verschiedene Gerätereihen, diezeitweilig parallel existierten. In der druckgesteuerten Beatmung wurde mit derGerätereihe der Assistoren das erfolgreiche Prinzip der Pulmotoren weiterent-wickelt (10). Gemeinsames Merkmal der Assistoren war neben der Drucksteuerungdie Möglichkeit, Spontanatmung zu assistieren, d.h. der Patient konnte durch seineSpontan atembemühungen den maschinellen Beatmungshub auslösen.

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Assistor Modell 642 (1966)


1960 1965 1970

Assistor744

Assistor644

Assistor642

Assistor641

Assistor640

Die Gerätereihe der Assistoren zur druckgesteuerten Beatmung

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Der Zeitgeber zur Auslösung der maschinellen Hübe arbeitete beim Assistor 641pneumatisch, beim Assistor 642 bereits elektrisch. Mit dem Assistor 644 wurde diemögliche Einsatzdauer durch eine neue Atemluftanfeuchtung erweitert und derPatientenbereich auf die Pädiatrie ausgedehnt. Der Assistor 744 verbesserte dieBeatmungsqualität insbesondere in der Pädiatrie durch einen empfindlicherenTriggermechanismus, durch den eine leichtere Auslösung des Beatmungshubesmöglich war. Außerdem wurde das etwas gewöhnungsbedürftige Äußere der frühenAssistoren grundlegend verändert: Das anwenderfreundliche und gleichermaßenästhetische Produktdesign gewann zunehmend Bedeutung in der Geräteent -wicklung.

Der Weg zur modernen Intensivbeatmung –Die Spiromaten

Mit den Assistoren hatte sich das Anwendungsgebiet der Beatmung bereits erheblicherweitert. Neben der Beatmung bei Polioerkrankungen etablierten sich die post-operative Beatmung und die Inhalationstherapie bei chronischen Lungenerkran -kungen. Trotz dieser Erweiterung des Anwendungsspektrums blieb die maschinelleBeatmung eine relativ einfache Hilfsmaßnahme.

Moderne Beatmung geht jedoch einenSchritt weiter. Sie will nicht nur die Zeitder Atemstörung überbrücken, sonderndie Beatmungsform an die Ursache derStörung anpassen und wenn möglichdiese Störung gezielt behandeln.Moderne Beatmung ist Beatmungs-therapie.

Der Anspruch einer gezielten Intensivtherapiestellte neue Anforderungen an die Beatmungs-geräte. Insbesondere wünschten die Anwendereine Kontrolle über das ventilierte Volumen. Wei-terhin sollte der zeitliche Verlauf der Beatmungdurch Einstellparameter veränderbar sein undnicht nur von der Lungenmechanik des Patientenabhängen. Gefordert war die zeitgesteuertevolumenkonstante Beatmung.

Die ersten Dräger-Beatmungsgeräte, die dieseAnsprüche erfüllten, waren die 1955 eingeführtenSpiromaten. Sie stellten den Ausgangspunkt derEntwicklung moderner Dräger-Intensivbeatmungs-geräte dar.

Spiromat 661 mit Beatmungs-kopf E zur Langzeitbeatmungvon Erwachsenen

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Spiromat im klinischem Einsatz


Beatmung eines tracheotomierten Patient mit dem Spiromat 661

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Intensivbeatmung im stetigen Fortschritt – Vom Spiromat zur EV-A

Die nächste Gerätegeneration zur Langzeitbeatmung waren die 1977 eingeführten„Universalventilatoren“ UV-1 und UV-2. Sie übernahmen von den Spiromaten diekonventionelle Balgbeatmung, bei der das Atemgas aus einem Balg des Beatmungs-gerätes in die Lunge gedrückt wird. Steuerung und Überwachung erfolgten beidiesen Geräten jedoch bereits elektronisch.

Mit dem „Elektronik-Ventilator“ EV-A kam 1982 erstmalig eine völlig neue Ventil-technik in der Dräger-Beatmung zum Einsatz. Mit elektromagnetisch betriebenenVentilen konnten sowohl der Atemgasfluss als auch der Beatmungsdruck auchinnerhalb des Atemzuges exakt und schnell gesteuert werden. Durch den Einsatzvon Mikrorechnern konnten jetzt Beatmungsmuster erzeugt werden, die mit denvorherigen Gerätegenerationen undenkbar gewesen wären.

Weiterhin wurde mit der EV-A erstmalsein grafisches Monitoring in dieBeatmung eingeführt. Auf einem imBeatmungsgerät integrierten Bild-schirm konnten neben numerischenDaten und Textmeldungen nun auchBeatmungskurven dargestellt werden.Das grafische Monitoring auf einemintegrierten Bildschirm gehört seitdemzur Grundausstattung von Dräger-Intensivbeatmungsgeräten. Dasintegrierte grafische Monitoring wurdevon anderen Herstellern erst fünfzehnJahre später eingeführt und gehörtseitdem zum allgemeinen Standard inder Intensivbeatmung.

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Intensivbeatmung mit UV-1. Die Bewegungdes Beatmungsbalges wird vom Anwenderzur Erkennung der Atemphasen beobachtet


Intensivbeatmung mit EV-A. Darstellung von Beatmungskurven auf demintegrierten Bildschirm

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Moderne Intensivbeatmung – Die Evita-Familie

Mit der Einführung der Evita-Reihe 1985 wurde die Computertechnologie in derBeatmung weiterentwickelt und eine weitere Anpassung der maschinellenBeatmung an die Spontanatmung ermöglicht. Neue Leistungsmerkmale wurdenmit der Evita weiterhin durch einen rasanten Fortschritt in der Bildschirmtechnikmöglich: Die größere Auflösung der Grafik und Farbdarstellungen ermöglichteneinen wesentlich besseren Informationstransfer in Bild und Text. Und der Fort-schritt durch die Bildschirme beschränkte sich nicht nur auf Darstellungen: Mitder Evita 4 wurde 1995 erstmals ein berührungssensitiver Bildschirm eingesetzt.Mit dieser so genannten Touch-Screen-Technik konnte das Bedienkonzept in derBeatmung geradezu revolutioniert werden.

Mit der Evita waren enorm viele neueLeistungsmerkmale in der Therapie, im Monitoring und in der Bedienungeingeführt worden, und der Markt fürBeatmungsgeräte wurde differenzierter:Nicht alle Kunden wollten fortanimmer das Beste, sondern einigewollten sich bewusst auf wenige Funk-tionen beschränken und andere wolltenimmer mehr. Außerdem gab es schonseit geraumer Zeit für Dräger nicht

mehr nur „den Markt“, der für Dräger traditionell der Inlandsmarkt war, sondernDräger hatte sich mit zunehmendem Engagement auf die Exportmärkte mit ihrenunterschiedlichen Ansprüchen konzentriert. Aus diesem Grund wurden paralleleProduktlinien eingeführt – aus Evita wurde die Evita-Familie.

Zunächst kam 1997 die Evita 2dura mit einem eingeschränkten Leistungsumfangverglichen mit Evita 4. Im Jahre 2002 wurde die EvitaXL eingeführt, die einendeutlich größeren Leistungsumfang verglichen mit Evita 4 hat. Die drei Mitgliederder Evita-Familie unterscheiden sich jedoch nicht nur im Leistungsumfang,sondern auch in ihrer Innovationsrate, wobei die EvitaXL wiederum eine Spitzen-stellung einnimmt.

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Evita 2. Konventionelle Bedienung überDrehknöpfe, grafische Darstellung und Textmeldungen auf dem Bildschirm


EvitaXL. Frei konfigurierbares integriertes Monitoring und Bedienung über einen Farbbildschirm mit Touch-Screen-Technologie

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Neue Märkte und neue Anwendungsbereiche für die Beatmung

Parallel zur Evita-Familie wurden Ende des vorigen Jahrhunderts Gerätekonzepteentwickelt, bei denen die aufwändigen Inspirationsventile durch eine alternativerobuste Technologie ersetzt sind. Damit konnten fortan auch die Märkte der Ent-wicklungs- und Schwellenländer bedient werden. Anstelle der aufwändigen Technikder elektromagnetisch gesteuerten Ventile, die zum Betrieb Druckgase in guterQualität benötigen, wurde eine Turbine eingesetzt, die zum Betrieb lediglich Umge-bungsluft benötigt. Als erstes Dräger-Beatmungsgerät mit einer Turbinen-Tech-nologie wurde im Jahr 2000 die Savina eingeführt.

In den Industrieländern differenzierte sich im neuen Jahrhundert der Markt fürBeatmungsgeräte immer weiter und es kamen neue Anwendungsbereiche zu derklassischen Notfall- und Intensivbeatmung hinzu: Unterhalb der Intensivtherapieetablierte sich die so genannte Sub-Acut-Care, ein Klinikbereich, der eine Beatmungmit einem deutlich geringeren Anspruch verglichen zur Intensivtherapie fordertund ein Anforderungsprofil ähnlich dem der Heimbeatmung stellt.

Für die beiden Segmente Sub-Acute-Care undHome Care entwickelte Dräger die GerätefamilieCarina mit zwei jeweils auf die spezifischenAnforderungen der Anwendungsbereiche zuge -schnittenen Leistungs profilen: Die Geräte heißenCarina und Carina home – in beiden Gerätenkommt wiederum eine Turbine zum Einsatz.

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Carina (links) und Carina home(rechts). Beatmung im Sub-Acute-Care und im Home Care


Savina. Beatmung unabhängig von stationärer Gasversorgung durch neueTurbinentechnologie

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Die Beatmung kleiner Patienten – Der Weg zum Babylog

Die Beatmung von Kleinkindern und Neugeborenen stellt besondere Anforderungenan die Beatmungstechnik, die mit den für Erwachsene konstruierten Geräten nurbedingt oder gar nicht erfüllt werden können. Die spezifischen Herausforderungender Neonaten-Beatmung sind kleinere Beatmungsvolumina, schnellere Änderungendes Gasflusses und ganz besonders der Schutz vor zu hohen Atemwegsdrückensowie der Schutz vor zu großen Atemzugvolumina. Zunächst waren Neonaten-Beatmungsgeräte lediglich modifizierte Beatmungsgeräte aus der Erwachsenen-beatmung.

Das erste Beatmungsgerät für Kleinkinder war der Dräger-Baby-Pulmotor, eineModifikation des Ur-Pulmotors (23). Die Umschaltung der Atemphasen erfolgte hierebenfalls über ein Vier-Wege-Ventil, welches jedoch nicht über ein Uhrwerk,sondern per Hand geschaltet wurde. Von den folgenden Generationen des Pul-motors wurden Pädiatrieversionen überwiegend für die Erstversorgung in denKreißsälen entwickelt.

Auch für nahezu alle weiterenBeatmungsgeräte von Dräger gab es biszu den siebziger Jahren Versionen zurNeonaten-Beatmung wie die Neonaten-Version des Spiromaten 1958 und denAssistor 644 aus dem Jahre 1965.

Modifizierter Spiromat zur Kleinkinder-Beatmung


Babylog 1 zur Beatmung in der Neonatologie. Zusätzliche Module über dem Beatmungsgerät zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration und zur Überwachung des Beatmungsdrucks

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Eine Spezialisierung mit eigenen Neonaten-Beatmungsgeräten begann 1975 mitdem Babylog 1 und wurde 1979 mit dem Babylog 2 als Variante für die Transport-beatmung fortgesetzt. Für das Babylog 1 wurde 1985 eine noch sehr einfache Vor-version zur Hochfrequenzbeatmung eingeführt. Auch wenn diese Beatmungsgerätevielfach mit Komponenten aus Erwachsenenbeatmungsgeräten entwickelt wurden,so waren sie dennoch recht weit an die Bedürfnisse der Neugeborenen angepasst.Erst Ende der achtziger Jahre wurde erstmalig ein Beatmungsgerät eigens für Neu-geborene entwickelt.

Intensivbeatmung in der Neonatologie – Das Babylog 8000

Das erste ausschließlich für den Pädiatrie- und Neonatenbereich konzipierteBeatmungsgerät war das 1989 eingeführte Babylog 8000. An diesem Konzept war sogut wie alles neu verglichen mit den Vorgängern. Anstelle eines Ventils für dieDosierung einer Gasart wurde das Gas über eine Vielzahl digital angesteuerterVentile geliefert. Damit ließen sich die besonders in der Neonaten-Beatmunggeforderten schnellen Gasflussänderungen und der hohe Dynamikbereicherreichen.

Erstmals wurde beim Babylog 8000 eineFlowmessung in der Beatmung vonKleinkindern eingesetzt und die Mess-anordnung erfolgte patientennah. Die Messgenauigkeit war dabei so groß,dass sie nicht nur zum Monitoring,sondern auch zur Regelung des Atem -volumens eingesetzt werden konnte.Die patientennahe Flowmessungermöglichte eine sensible Trigger -empfindlichkeit bei weitestgehendemSchutz vor Fehltriggerung. Außerdem

war das Babylog mit einem Grafikbildschirm ausgestattet – ebenfalls ein Novum inder Neonaten-Beatmung.

Selten hat ein Gerätekonzept in der Beatmung zu derart tiefen Verände rungen inder klinischen Anwendung geführt wie das Babylog 8000. Mit seiner Einführungkonnten Frühgeborene erstmals volumenorientiert beatmet werden, denn dasVolumen wurde exakt dosiert und gemessen. Die empfindliche Triggerung und dieautomatische Kompensation der in der Neonaten-Beatmung meist unvermeidlichenLeckagen erlaubt eine vorher nicht gekannte sanfte Beatmung.

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Beatmung eines Neugeborenen mit demBabylog 8000. Patientennahe Flowmessung


Babylog 8000. Integriertes grafisches Monitoring mit einer Echtzeitkurve desFlows im Verfahren SIMV. Oberhalb des Gerätes: Echtzeitkurve des Flows in einerHochfrequenzbeatmung

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Echtzeitkurven und Trends waren Bestandteil des integrierten Monitoring beimBabylog 8000. Neu war weiterhin das zukunftsorientierte Gerätekonzept, das dienachträgliche Aufrüstung mit neuen Optionen erlaubte. So konnten neue Leistungs-merkmale auch noch Jahre nach Einführung des Babylog 8000 eingeführt werdenwie die Hochfrequenzbeatmung (1993) und die druckunterstützte Beatmung (1997).

Vom Pulmotor zum Oxylog

Die Grenzen der druckgesteuerten Beatmung waren in der Intensivbeatmungbereits in den fünfziger Jahren des vorigen Jahrhunderts erkannt worden und hattendort zur Entwicklung von zeitgesteuerten und volumenkonstanten Beatmungs-geräten geführt. In der Notfallbeatmung kam diese Entwicklung erst zwei Jahr-zehnte später. Sie führte bei Dräger zu der Entwicklung eines völlig neuartigenNotfallbeatmungsgerätes, welches 1976 unter dem Namen Oxylog eingeführt wurde.

Komplett neu war im Vergleich zumPulmotor das Funktionsprinzip. Anstelleder druckgesteuerten Umschalt-mechanik wurde eine so genanntepneumatische Logiksteuerung einge-setzt. Die neue Pneumatik lieferte dabeinicht mehr einen konstanten Flow, derdurch einen Umschaltmechanismusentweder dem Patienten zugeführtwurde oder in die Umgebung geleitetwurde. Vielmehr lieferte die neuePneumatik nur in der Inspirationsphasedas Atemgas und unterbrach dann den

Atemgasflow in der Exspirationsphase. Sie erzeugte dabei einen intermittierendenFlow. Das Funktionsprinzip dazu nennt man einen „Flowzerhacker“.

Mit dem neuen Funktionsprinzip war nun die zeitgesteuerte und volumenkonstanteBeatmung auch in der Notfallmedizin möglich. Das Minutenvolumen konnte jetztdirekt am Gerät eingestellt werden und es blieb konstant im Laufe der Beatmung.Damit war die von den Anwendern geforderte Sicherstellung der Ventilationgewährleistet. Die Beatmungsfrequenz konnte ebenfalls stufenlos am Gerät einge-stellt und die Beatmung damit einer Reanimation angepasst werden. Stenosenkonnten direkt an einem Beatmungsdruckmesser erkannt werden – beim Pulmotorwar man in diesem Fall darauf angewiesen, dass jemand das schnelle Umschalten,das so genannte „Geräteklappern“, richtig interpretierte. Weiterhin verbrauchte dieSteuerung gerade mal einen Liter Druck pro Minute und war damit erheblich spar-samer als der Pulmotor.

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Beatmungsgerät Oxylog in seiner erstenAusführung. Volumenkonstante Beatmung inder Notfallmedizin


Notfallbeatmung mit dem Oxylog. Beatmungsgerät, Sauerstoffflasche, Druckmindererund Zubehör sind im Tornister ähnlich wie beim Tornistor-Pulmotor untergebracht

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Mit diesen Vorzügen hätte das Oxylog den Pulmotor eigentlich zügig im Markt ver-drängen müssen – doch es kam anders. Mit einem Umrüstsatz wurde den Kunden,die einen PT60/61 oder einen PK60 beschafft hatten, die Möglichkeit gegeben, diePulmotordose durch ein Oxylog zu ersetzen. Damit konnten bei einer Neu-beschaffung eines Oxylogs das Zubehör des Pulmotors wie der Tornister und dieSauerstoffflasche weiter verwendet werden. Mit dieser Möglichkeit gab es in einerlangen Übergangsphase von mehreren Jahren das Oxylog mit Pulmotorlogistik.

Die Oxylog-Familie – Der Weg in die moderne Notfallbeatmung

Das Oxylog war für die Erstversorgung eines Patienten konzipiert und seine primäreAufgabe war die Sicherung einer Vitalfunktion durch maschinelle Beatmung. DerEinsatz konzentrierte sich auf die Erstversorgung und den nachfolgenden Transportdes Patienten zur stationären Behandlung, den so genannten Primärtransport.Dementsprechend war der Leistungsumfang auf rein kontrollierte Beatmungbegrenzt und in der Überwachung stand lediglich ein Manometer zur Messung desAtemwegsdrucks zur Verfügung.

Doch auch in der Notfallbeatmung nahmen dieAnsprüche zu und es entwickelten sich für das Oxylogneben der Erstversorgung weitere Einsatzbereiche wieder Sekundärtransport, ein Transport innerhalb einerstationären Behandlung. Zur Deckung dieses neuenBedarfs wurde 1993 das Oxylog2000 eingeführt. DasOxylog2000 ermöglichte neben der kontrollierten Be atmung auch eine Spontanatmung des Patienten.Es war mit einem umfangrei chen Monitoring für dieÜberwachung von Atemwegsdruck und Beatmungs-volumen ausgestattet. Messwerte und Alarmmeldungen

waren dabei auf einem Display ablesbar. Alle Geräteeinstellungen konnten beimOxylog 2000 direkt am Grundgerät vorge nommen werden, die Justierung vonseparaten Ventilen war damit nicht mehr nötig.

Im Jahr 1997 wurde als Nachfolger des 1975 einge-führten ersten Oxylogs das Oxylog 1000 vorgestellt. Mitdem Oxylog 1000 konnten nun die Gasversorgung desGerätes sowie der Atemwegsdruck des Patienten über-wacht werden. Im Jahr 2003 kam ein weiteres Mit-glied in die Oxylog-Familie: Das Oxylog 3000 führte mitneuen Beatmungsmöglichkeiten und einem inte -

grierten Grafik-Display eine Behandlungsqualität in die Notfallbeatmung ein, dieman zuvor nur aus der Intensivbeatmung kannte. Für alle drei Mitglieder derOxylog Familie wurden verschiedene Transportlösungen wie die Tragesysteme undder Caddy für die Organisation des Beatmungszubehörs entwickelt.

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Oxylog 1000

Oxylog 2000


Oxylog 3000. Grafisches Monitoring und Beatmungsverfahren entsprechen denAnsprüchen aus der Intensivmedizin

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Nach der Geschichte der Notfallmedizin wollen wir in unserer Darstellung vonhundert Jahren maschineller Beatmung nun den Blickwinkel ändern. In einerdetaillierten Beschreibung der verschiedenen Gerätekonzepte haben wir gezeigt,was sich innerhalb der verschiedenen Gerätegenerationen in der Beatmungstechnikverändert hat.

Wir wollen nun nach diesem überwiegend Geräte-orientierten Ansatz die Fragestellen: Was hat sich denn durch diese technische Entwicklung verändert? Wirbeginnen dabei mit den Anwendern und untersuchen hier die Frage, inwieweit sichdie Rolle von Ärzten und Pflegepersonal in der hundertjährigen Geschichte derBeatmung gewandelt hat.

Die Rolle der Therapeuten

Zusammenfassend kann die in den vorherigen Seiten beschriebene Geschichte derBeatmungsgeräte grob in drei Phasen unterteilt werden: Erstens die einfachemaschinelle Beatmung, zweitens die durch manuelle Korrekturmaßnahmen desTherapeuten optimierte Beatmung und drittens die Beatmung mit automatischerAnpassung an den Patienten.

Pulmotor, Assistoren sowie die ersten volumenkonstanten Beatmungsgeräte sindnach heutigem Verständnis einfache Maschinen. Primäres Ziel in der Beatmungwar bei ihrem Einsatz die Sicherung einer Belüftung der Lungen. Dem Therapeu -ten standen dabei nur wenige Möglichkeiten zur Geräteeinstellung und bescheideneSicherheitsvorrichtungen z.B. gegen zu hohe Beatmungsdrücke zur Verfügung.

Mit der Einführung des UV-1 begann sich die Rolle des Therapeuten zu wandeln: Er war fortan nicht nur verantwortlich für die Einstellung der Grundparameter,sondern er konnte die Beatmung gezielt an seinen Patienten anpassen. Außerdemkonnte er jetzt den Patienten durch bewusste stufenweise Verringerung dermaschinellen Beatmung auf eine eigenständige Atmung vorbereiten und ihn damitvom Beatmungsgerät entwöhnen. Weiterhin konnte er die Beatmung optimieren,indem er z.B. den Beatmungsdruck begrenzte und gleichzeitig das Volumen kon-stant hielt. Die neuen Möglichkeiten beanspruchten für ihren medizinischen Ein-satz jedoch einen hohen Arbeitsaufwand, der nur teilweise dem Patienten zugutekam. Ein Großteil der zusätzlichen Arbeit bestand in manuellen Korrekturen vondamaligen Unzulänglichkeiten in der Beatmungstechnik.

Mit neuen Möglichkeiten einer automatischen Anpassung des Beatmungsgerätes andie physiologischen Gegebenheiten begann sich die Rolle des Therapeuten erneutzu verändern: Er wurde zunehmend von der „Maschinenbedienung“ entlastet.

Die automatische Anpassung an den Patienten beschränkte sich zunächst aufmechanische Veränderungen der Lunge: So konnte die EV-A durch entsprechendeSteuerung der Atemgaslieferung auch bei einer Leckage, z. B. bei einer Fistel,beatmen. Eine verbesserte Anpassung der Beatmung an den atmenden Patientenermöglichte Evita, indem sie die maschinelle Beatmung der physiologischenAtmung unterordnete und Spontanatmung auch während eines maschinellen

52 | DIE ROLLE DER THERAPEUTEN

Beatmung eines Kindes am Anfang und gegen Ende des ersten Jahrhunderts der Beatmung,Entlastung der Anwender durch Automatisierung. Links: Baby-Pulmotor – der Anwender schaltetmanuell die Atemphasen um. Rechts: Evita 4 – das Beatmungs gerät passt sich automatischan die Lungenmechanik an und die Therapeutin kann sich mehr dem Patienten widmen

Beatmungshubes zuließ. Die Entlastung des Therapeuten bei der Gerätebedienungwar auch dringend notwendig geworden, denn die moderne Beatmung erlaubte dieBehandlung schwerster Krankheitsbilder, deren erhöhter Pflegeaufwand mehr Zeitfür den Patienten forderte. In hundert Jahren hatte sich die Rolle der Therapeutenalso weniger mit der Technik der Beatmungsgeräte geändert als vielmehr mit dem,was sie mit diesen Beatmungsgeräten tun konnten und dem damit verbundenenNutzen für ihre Patienten. Bei der Anwendung eines Beatmungsgerätes können wirunterteilen in Behandeln, Überwachen und Bedienen – und diese Bereiche wollenwir im Folgenden näher betrachten. Die geschichtliche Entwicklung derBeatmungsverfahren, der Beatmungsüberwachung und der Bedienkonzepte solldabei besonders unter dem Gesichtspunkt dargestellt werden, welchen Nutzensowohl Anwender als auch Patienten dabei hatten.

1914 2000

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Das Beatmungsgerät im klinischen Einsatz – Eine Übersicht

In der Beatmungstechnik haben wir den zeitlichen Verlauf von Druck und Volumenals Beatmungsmuster bezeichnet. Demgegenüber beschreibt ein Beatmungsver-fahren die Wechselbeziehung zwischen Patient und Beatmungsgerät. In der Ent-wicklung der Beatmungsverfahren konzentrierte man sich zunächst auf eine Wiederbelebung nach Ausfall der patienteneigenen Atmung. Die ersten Beatmungs-geräte waren Notfallbeatmungsgeräte, bei denen die kurzfristige Überbrückungeiner Störung der Eigenatmung im Vordergrund stand. Bei längeren Behandlungenbelasteten die zur Lebenserhaltung eingesetzten Beatmungsverfahren die Lungejedoch so sehr, dass eine Rückkehr zur normalen Atmung recht schwierig wurde.

Eine Anpassung der Beatmungsverfahren an die Physiologie und eine damit ver-bundene schonendere Beatmung wurde zunächst durch Hilfseinrichtungenerreicht, die die schädlichen Auswirkungen der Beatmung begrenzen konnten undvom fachkundigen Personal gezielt eingesetzt wurden. Erst seit jüngster Zeit gibt esBeatmungsverfahren, die eine automatische Anpassung der Beatmung an denPatienten erlauben.

Die Überwachungseinrichtungen in derBeatmung bezeichnet man als dasBeatmungsmonitoring. Diesesbeschränkte sich bei den erstenBeatmungsgeräten auf Atemwegsdruck-messungen und einfache Gerätefunk-tionskontrollen. UmfangreichereZusammenhänge konnten erst spätermit dem Einzug der Elektronik undMikrorechner durch zusätzlicheMonitore erkannt werden. In der Folge-zeit wurden Überwachungsfunktionen

zunehmend integrierter Bestandteil der Beatmungsgeräte. Ein besonderer Fort-schritt ließ sich dabei in der Qualität der Informationsdarstellung von einfacherMesswertanzeige bis zur Bildschirmdarstellung erkennen.

Überwachungseinrichtungen einer Evita 2.Die numerischen Werte neben dem Grafik-bildschirm sind nach Priorität geordnet


Monitoring Benutzer-oberfläche

Beatmungs-verfahren

Beatmungsgerät

BedienenÜberwachen Behandeln

Struktur eines Beatmungsgerätes. Leistungsmerkmale (Mitte) und die damit verbundenen Tätigkeiten (unten) in der Beatmung

Die Gesamtheit der zur Bedienung eines Beatmungsgerätes notwendigen Elementebezeichnet man als Benutzeroberfläche. Aufgrund des zunehmenden Leistungs-umfanges der Geräte ist auch deren Bedienung immer komplexer geworden. DieAnzahl der Bedienelemente hat dabei stetig zugenommen. Erst in jüngster Zeit isthier ein qualitativer Fortschritt gelungen: Die Einstellung der Gerätefunktionenüber eine Bildschirmoberfläche ermöglicht eine Zunahme des Leistungsumfangesbei gleichzeitiger Vereinfachung der Bedienung.

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Atmung und Beatmungsverfahren – Ein grundsätzlicher Unterschied

Für mehrere Jahrzehnte war die ausreichende Ventilation der Lunge das primäreZiel der Beatmung. Erst in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts fand eineUmorientierung statt und es wurden Beatmungsverfahren etabliert, bei denen dieVermeidung von Schädigungen der Lunge im Vordergrund stand. Für eine so späteEntwicklung einer patientenorientierten Beatmung spricht im Wesentlichen einGrund: Es gibt einen prinzipiellen Unterschied von maschineller Beatmung undphysiologischer Atmung. Beatmung ist nicht etwa Simulation der Atmung, sondernsie ist ein Ersatz mit unvermeidbaren und prinzipiell bedingten Nebenwirkungen,deren Bedeutung man sich früher gar nicht bewusst war. Außerdem ist die Aus-lösung und Anpassung des Atemgasflusses in der Beatmung eine große technischeHerausforderung, mit der ältere Beatmungsgeräte schlichtweg überfordert waren.

Der prinzipielle Unterschied von physiologischer Atmung undkünstlicher Beatmung zeigt sich in der Inspirationsphase: Inder Atmung wird das Innenvolumen des Brustkorbes durchKontraktion der Atemmuskulatur vergrößert. Dabei entstehtein Unterdruck in der Lunge und Luft wird eingesaugt. In derBeatmung hingegen wirkt ein umgekehrtes Prinzip. DasBeatmungsgerät erzeugt einen Überdruck und drückt damitdas Atemgas in die Lunge. Der Beatmungsdruck kann dabeidie Lunge und andere Organe in Mitleidenschaft ziehen. Einewesentliche Herausforderung für die künstliche Beatmung ist

es nun, die prinzipiell bedingten, unvermeidbaren Nebenwirkungen des Beatmungs -druckes so gering wie möglich zu halten (2, 4). Die dabei eingesetzte Technik kannvereinfacht folgendermaßen beschrieben werden.

Die wichtigsten Funktionselemente eines Beatmungsgerätes sind die Vorrichtungzur Gasdosierung und das Ausatemventil. Eine Steuereinheit sorgt dafür, dass einer-seits während der Einatemphase das Atemgas in die Patientenlunge gedrückt wirdund andererseits in der Ausatemphase das Gas über das Ausatemventil abfließt. Die Steuereinheit schaltet dazu in der Einatemphase die Gasdosierung ein undschließt das Ausatemventil. Der dadurch erzeugte Druck bewirkt eine Belüftung derLunge. In der Ausatemphase wird in der Regel kein Atemgas verabreicht, da dasAtemgas aus der Lunge selbständig über das geöffnete Ausatemventil entweicht.

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Volumender Lunge

Beatmungsgerät(Druck)

Atemmuskeln(Zug)

Das Prinzip der Ven tilation


Dieses Grundprinzip liegt den meisten Beatmungsgeräten zugrunde. In der Qualitätder Atemgasdosierung unterscheiden sich ältere Gerätegenerationen allerdingserheblich von modernen Beatmungsgeräten. Bei den ersten Beatmungsgerätenbestimmte allein die Maschine den zeitlichen Verlauf der Atemgaslieferung. Kam esdabei zu Disharmonie zwischen Patientenatmung und maschineller Beatmung, sowar es meist unumgänglich, den Patienten mit Medikamenten ruhigzustellen.

Ältere Beatmungsgeräte waren somit „meilenweit“ von der Physiologie der Atmungentfernt. Kennzeichnend für die Entwicklung der Beatmungsverfahren ist die stetigeVerringerung dieses Abstandes durch technische und medizinische Fortschritte, diesich gegenseitig bedingten.

Steuerung

Ausatemventil

Gasdosierung

Patient

Funktionselemente eines Beatmungsgerätes

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Drei Probleme der maschinellen Beatmung

Die Annäherung der zeitgesteuerten maschinellen Beatmung an die physiologischeAtmung wurde nicht in einem Zuge, sondern schrittweise geleistet. Bei jedemSchritt wurde jeweils ein Problem gelöst, das man sich mit der Umkehrung derDruckverhältnisse und durch technische Limitationen eingehandelt hatte.

Im Folgenden sollen zunächst drei wesentliche Probleme dargestellt werden, diedirekt aus dem Beatmungsmuster heraus erkennbar sind. Ein Beatmungsmusterkann durch Beatmungskurven veranschaulicht werden. Derartige Kurven erhältman, wenn man für die Dauer einer Inspiration und Exspiration den Atemwegsdruckbzw. den Atemgasflow aufzeichnet. Den Zeitabschnitt vom Beginn einer Inspirationbis zum Beginn der nächsten bezeichnet man dabei als Beatmungszyklus.

Die Grafik zeigt den Beatmungszyklus eines Spiro maten aus dem Jahr 1955 alsAtemwegsdruck- und als Flowkurve. Am Verlauf des Atemwegsdruckes lassen sichdrei Phasen erkennen: Der Druck steigt zunächst in Abschnitt 1 bis zu einemSpitzenwert an. Diesen Abschnitt nennt man die Flusszeit. In Abschnitt 2 sinkt derDruck auf einen stabilen Wert. Diesen Abschnitt bezeichnet man aufgrund seinerForm als Plateau. In Abschnitt 3, der Exspirationszeit, sinkt der Druck auf einenRestwert.

Der zeitliche Verlauf des Atemgasflusses (Flow) zeigt die drei Phasen nochdeutlicher. Die bereits erwähnten drei Probleme können mit den umseitig dar-gestellten Beatmungskurven erläutert werden.

Erstens können durch den konstanten Atemgasfluss zu Beginn der InspirationDruckspitzen erzeugt werden. Dadurch kann das Lungengewebe unter bestimmtenUmständen einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt werden. Zweitenskann im Plateau nicht ausgeatmet werden, weil das Beatmungsgerät das Aus-atemventil noch fest verschlossen hält. Die natürliche Atmung wird in dieser Phaseerheblich gestört.


*PEEP = Positive End Expiratory Pressure

Drittens sinkt der Restdruck ab, wenn Atemgas durch ein Leck entweichen kann.Ein konstanter Restdruck hat jedoch eine große klinische Bedeutung. Man hat ihmdeshalb einen eigenen Namen gegeben: Den Atemwegsdruck am Ende derExspirationszeit bezeichnet man als PEEP*.

Die Lösungen der drei Probleme wurden, wie bereits erwähnt, zu verschiedenenZeiten entwickelt. Als erstes Problem wurden die Druckspitzen in Angriffgenommen.

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Beatmungskurven eines Spiromaten. Oben: Druckkurve, unten: Flowkurve. Unterteilung des Beatmungszyklus in die Phasen Flowphase (1), Plateauphase (2)und Exspirationsphase (3)

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Druckbegrenzte Beatmung mit dem UV-1

Druckspitzen zu Beginn der Inspirationsphase ergeben sich in der maschinellenBeatmung aus einer einfachen Form der Atemgasdosierung, so wie sie in den erstenSpiromaten realisiert ist. Das Atemgas wird dort mit einem konstanten Flow ohneRücksicht auf den dabei entstehenden Atemwegsdruck verabreicht. Eine derartigeBeatmung kann aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu Druckspitzen in derLunge führen. Erst wenn sich das Atemgas in der gesamten Lunge verteilt hat,kehrt der Druck auf den Plateauwert zurück.

Die Anästhesisten kennen dieses Problem. Sie vermeiden Druckspitzen in dermanuellen Balgbeatmung durch eine geschickte Kontrolle des Beatmungsdruckes:Mit viel Gefühl drücken sie auf den Beatmungsbalg, damit sie zu keinem Zeitpunktdie Lunge durch einen zu hohen Atemwegsdruck überdehnen. In der maschinellenBeatmung wurde das Problem der Druckspitzen durch ein technisches Prinzipgelöst, das die erfahrene Hand des Anästhesisten gewissermaßen kopierte: Es ist dasPrinzip der Balgbeatmung mit einstellbarem Arbeitsdruck, das beim UV-1 zum Ein-satz kam.

Die Konstruktion des Beatmungsbalges ist in der neben-stehenden Grafik erkennbar. Der Beatmungsbalg befindetsich hier in einem starren Behälter, wobei der Druck indiesem Behälter als sog. Arbeitsdruck vom Therapeuten einge-stellt wird. Diese Konstruktion ermöglicht eine Beatmung, beider der Atemwegsdruck auf den Wert des Arbeitsdruckesbegrenzt ist. Für eine derartig modifizierte volumenkonstanteBeatmung hat sich der Name „druckbegrenzte Beatmung“eingebürgert.

Die Grafik zeigt den Verlauf der druckbegrenzten Beatmung.Die Druckspitze ist hier „abgeschnitten“ und der Flow sinkt

von einem anfänglich konstanten Wert kontinuierlich ab. Ein derartiges Absinkendes Flows in der druckbegrenzten Beatmung bezeichnet man als „dezelerierendenFlow“.

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Das Prinzip dermaschinellen Balg -beatmung. Erläute -rungen siehe Text


Wird dabei der Druck soweit reduziert, dass das eingestellte Atemzugvolumen sichnicht mehr erreichen lässt, dann entspricht das im Wesentlichen einer druckkon-trollierten Beatmung. In der druckkontrollierten Beatmung wird die Lun-genbelüftung ausschließlich über den Parameter "Druck" eingestellt.Das Konzept der druckkontrollierten Beatmung im UV-1 und seinen Nachfolgernunterscheidet sich in diesem Punkt grundsätzlich von allen anderen Beatmungs -konzepten: die druckkontrollierte Beatmung wurde nicht als neues, eigenständigesVerfahren eingeführt, sondern aus einer volumenkonstanten Beatmung hergeleitet.Druckkontrollierte Beatmung trat dabei keineswegs die Nachfolge der volumen -konstanten Beatmung an, sondern beide Verfahren standen parallel zur Verfügung.

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Beatmungskurven eines UV-1. Druckkontrollierte Beatmung hergeleitet aus dervolumenkonstanten Beatmung durch Begrenzung des Druckes

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Neue Beatmungstechnik mit EV-A

Die konventionelle druckkontrollierte Beatmung stellte noch keine zusätzlichenAnsprüche an die Technik der Beatmungsgeräte. Sie konnte in solider Qualität mitder beschriebenen Balgbeatmung realisiert werden.

Das Prinzip der Balgbeatmung wurde Anfang der achtziger Jahre durch die Mikro-prozessor-gesteuerten Beatmungsgeräte unserer Zeit abgelöst, deren erster Vertreterbei Dräger die EV-A war. Die neue Gerätegeneration bewirkte allerdings zunächstkeine gravierenden Verbesserungen bei den Problemen der konventionellen Ver-fahren, sondern kopierte gewissermaßen die bereits bekannten Beatmungsformenmit einer neuen Technologie bei der Atemgasdosierung und der Steuerung des Aus-atemventils.

Bei dieser neuen Technologie wurde die Funktion des Balges durch moderne Ventileersetzt. Das Neue an diesen Ventilen war ein elektromagnetischer Antrieb, der den

pneumatisch oder elektrisch betriebenen Mecha-nismus ersetzte. Die Konstruktion eines solchenelektromagnetischen Antriebes war bei seinemersten Einsatz in der Beatmungstechnik schoneinige Jahrzehnte bekannt. Sie wurde zum Beispielin Lautsprechern eingesetzt und brachte dortdurch Elektromagneten eine Membran in soschnelle Bewegung, dass dabei Schall erzeugtwurde. Die nebenstehende Grafik zeigt das Funk-tionsschema eines elektromagnetischen Ventils zurGasdosierung.

Die neuen Ventile waren aber nicht nur außerordentlich schnell, sie konnten durchdie neue Mikrorechnertechnik auch noch sehr rasch und exakt gesteuert werden.Mit dieser neuen Technik boten sich neue Dimensionen in der dynamischenDosierung von Atemgasen. Gleiches galt für die Funktion des Ausatemventils, dasbei der EV-A erstmals indirekt über einen Elektromagneten angetrieben und durcheinen Mikrorechner gesteuert wurde.

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Funktionsschema eines elektro-magnetischen Ventils. WeitereErläuterungen siehe Text


Die neue Technologie brachte die maschinelle Beatmung trotz ihres enormenPotentials zunächst nur einen kleinen Schritt vorwärts: Mit ihr konnte die EV-A erst-malig trotz einer Leckage den PEEP aufrecht erhalten. Die Beatmungskurven zeigendie Leckagekompensation deutlich am Verlauf des Flows in der Exspirationsphase.

Durch ihre dynamische Atemgasdosierung konnte die EV-A nun gerade soviel Gasnachliefern, wie über ein Leck, beispielsweise am Tubus, entwich. Die technischeInnovation durch Mikroprozessoren brachte jedoch nicht nur Fortschritte für dieBeatmung. Sie war ebenso die Ursache für Irrwege. Als Fehlentwicklung wird ausheutiger Sicht die Zunahme von Beatmungsverfahren ohne nennenswertentherapeutischen Nutzen gesehen. Mit der Inflation an Beatmungsverfahren wurdedie Beatmung komplexer – aber sie wurde dadurch nicht zwangsläufig besser.

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Beatmungskurven einer EV-A. Kompensation einer Leckage: Beachte den Kompensationsflow im letzten Abschnitt der Exspirationsphase

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Einfach und offen für Spontanatmung – Druckkontrollierter BIPAP*

Eine Vereinfachung der maschinellen Beatmung bot sich erst ein halbes Jahrzehntspäter mit dem Beatmungsverfahren BIPAP (1, 3, 17). Das neue Verfahren zeichnetesich durch ein ungewohnt breites Anwendungsspektrum von reiner maschinellerBeatmung bis zu reiner Spontanatmung aus. Es stand kurz nach seiner Veröffent-lichung ab 1988 erstmals mit der ersten Generation der Evita einer breiten klinischen Anwendung zur Verfügung.

Wichtigster Fortschritt des neuen Verfahrens war die Möglichkeit einer Spontan-atmung während der künstlichen Beatmung. Damit wurde das letzte der dreibeschriebenen Probleme der maschinellen Beatmung gelöst. Konventionellemaschinelle Beatmung ließ während des Beatmungshubes nämlich keine Spontan-atmung zu. Der Patient konnte also in den maschinellen Hüben nicht ausatmen, dadas Exspirationsventil verschlossen war. Abhilfe schaffte hier das Prinzip des„Offenen Systems“, das mit der Evita eingeführt wurde.

In der konventionellen maschinellen Beatmunghält das Beatmungsgerät das Exspirationsventil festverschlossen, ähnlich einer kräftigen Hand, dieeinen Schlauch verschließt. Im „Offenen System“wird das Exspirationsventil feinfühlig geregelt ähn-lich wie bei einer sensiblen Hand, die mit Finger-spitzengefühl den Durchfluss regelt. Das Prinzipdes „Offenen Systems“ ist die technische Grund-lage für die Realisierung des neuen druckkon-trollierten Beatmungsverfahrens BIPAP.

Anhand der Flowkurve kann die jederzeit verfügbare Spontanatemmöglichkeiterkannt werden: Zum ersten Mal ist auch während der maschinellen Inspirations-phase eine Ausatmung möglich.

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* Lizensiertes Warenzeichen, BIPAP = Biphasic Positive Airway Pressure

Exsp. Ventilgeschlossen

oder

Exsp. Ventilgeregelt

Funktionsprinzip des „OffenenSystems“. Weitere Erläuterungensiehe Text


BIPAP brachte die Entwicklung der Beatmung somit um zwei entscheidendeSchritte nach vorn. Erstens reduzierte BIPAP aufgrund seines breiten Anwendungs-spektrums die Anzahl der notwendigen Verfahren (3, 17) – die Beatmung wurde ein-facher. Zweitens ließ das Verfahren durch die Spontanatmung während eines Hubesdem Patienten mehr Freiraum zum Atmen. Dadurch wurden die Bedingungen fürden Gasaustausch deutlich verbessert (20) und die schädlichen Nebenwirkungender Beatmung auf Lunge und Herz-Kreislaufsystem verringert.

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Beatmungskurven einer Evita. Spontanatmung während des gesamten Beatmungszyklus.Beachte den Exspirationsflow während des maschinellen Hubes

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Optimaler Druck und offen für Spontanatmung –Volumenkonstanter AutoFlow®*

Mit dem Verfahren BIPAP stand die druckkontrollierte Beatmung bereits auf einemhohen Niveau – bei der volumenkonstanten Beatmung kam eine signifikante Ver -besserung erst einige Jahre später, und zwar 1995 mit der Einführung der Evita 4.

Nach wie vor war das Problem der Druckspitzen in der Einatemphase einervolumenkonstanten Beatmung nur unzureichend gelöst. Obgleich die Druckspitzenbereits mit der Druckbegrenzung des UV-1 beseitigt werden konnten, mussten sieim Verlauf einer Beatmung doch recht häufig nachgestellt werden. Eine manuelleingestellte Druckbegrenzung ist nämlich nur dann optimal, wenn die mecha-nischen Verhältnisse in der Lunge unverändert bleiben – und das ist in der Regelbei einer beatmeten Lunge nicht der Fall.

Vielmehr ändern sich die mechanischen Eigen schaften der Lunge: Sie kann erstenssteifer oder elastischer werden – es ändert sich also die Elasti zität, die in der Atem-physiologie als Compliance bezeichnet wird. Weiterhin kann sich der Strö mungs -widerstand in den Atemwegen vergrößern oder verringern. Die dabei zu Grundeliegende Größe ist der Atemwegswiderstand, der in der Atemphysiologie alsResistance bezeichnet wird.

Vergrößert sich z. B. die Compliance der Lunge und wird sie im Verlauf einerTherapie elastischer, dann reichen geringere Beatmungsdrücke, um dasgewünschte Volumen zu verabreichen. Eine vergrößerte Compliance erfordertsomit einen geringeren Druck, um gleiche Volumina zu verabreichen. Im Grundegenommen müsste der Therapeut Atemzug für Atemzug eine Messung der Com-pliance durchführen und danach rasch den geringstmöglichen Beatmungsdruckeinstellen. Diesen Arbeitsaufwand könnte ihm das Beatmungsgerät ersparen, wenn es die Messungen der Compliance und die Einstellungen des minimalenBeatmungsdruckes automatisch durchführen würde.

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* Lizensierte Marke


Eine derartige Automatik wurde 1995 mit der Evita 4 unter dem Namen AutoFlow®

eingeführt. Sie steht nicht als individuelles Beatmungsverfahren, sondern alsZusatzfunktion in allen volumenkonstanten Verfahren zur Verfügung. MitAutoFlow® wird der Atemgasflow unter Berücksichtigung der vorliegenden Lungen-mechanik so geregelt, dass das Atemzugvolumen mit dem geringstmöglichen Druckverabreicht wird.

Des Weiteren ermöglicht AutoFlow® eine Spontanatmung während eines volumen-konstanten Beatmungshubes. AutoFlow® stellt damit die „Freie Durchatembarkeit“,die sich im druckkontrollierten BIPAP bereits über Jahre bewährt hat, einembreiteren Anwendungsspektrum zur Verfügung.

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1

2

3

Beatmungskurven einer Evita 4. Die Regelung des Beatmungsdruckes mit AutoFlow®:Drei Beatmungsdruckkurven aufgenommen zu verschiedenen Zeiten im Verlauf einerCompliancezunahme

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Druckunterstützte Spontanatmung

Parallel zu den zeitgesteuerten Beatmungsverfahren entwickelten sich sogenanntedruckunterstützte Verfahren. Der prinzipielle Unterschied dieser Verfahren im Ver-gleich zu den zeitgesteuerten Verfahren besteht darin, dass keine Zeiten mehreingestellt werden. Vielmehr richtet sich die Dauer eines maschinellen Beatmungs-hubes nach der Lungenmechanik und der Atemtätigkeit des Patienten. Außerdemmuss jeder Beatmungshub vom Patienten ausgelöst werden.

Die Entwicklung druckunterstützter Verfahren begann allerdings erst zwanzigJahre später als die der zeitgesteuerten Verfahren. Der Grund dieser Verspätungliegt am aufwändigen Steuerungsprinzip dieser Verfahren. Das Beatmungsgerätmuss für einen druckunterstützten Hub nämlich zunächst erst einmal registrieren,wann der Patient einatmen will, es muss dann blitzschnell das Geforderte liefernund es muss die Atemgaslieferung dann beenden, wenn der Patient dieses fordert.Das stellt hohe Anforderungen an das Beatmungsgerät, denn wenn die Atemgas-lieferung von den Anforderungen des Patienten abweicht, dann bedeutet daszusätzliche Atemarbeit und zusätzliche Belastung für den Patienten.

Druckunterstützte Verfahren eignen sich für diejenigen Patienten, die ausreichendatmen, um einen maschinellen Hub auszulösen, wobei die Eigenatmung allerdingsnicht ausreicht, um die zur Lungenbelüftung notwendige Atemarbeit komplettalleine zu leisten. Zur Unterstützung der unzureichenden Spontanatmung kann dasBeatmungsgerät dem spontan atmenden Patienten das Atemgas mit einem leichtenÜberdruck liefern. Das Beatmungsgerät entlastet dabei den Patienten, indem esihm einen Teil der Atemarbeit abnimmt.


Beginn und Dauer dieser sog. Druckunterstützung richten sich nach der Spontan-atmung und Lungenmechanik des Patienten. Lediglich die Höhe der Druckunter-stützung wird noch vom Therapeuten eingestellt. Das Verfahren nennt sich ASB*oder PSV** und wurde bei Dräger erstmalig mit einem Rüstsatz beim UV-1 undspäter beim UV-2 eingesetzt.

* Assisted Spontaneous Breathing, ** Pressure Supported Ventilation

Beatmungskurven eines UV-2. Oben: Spontanatmung ohne maschinelle Unterstützung,unten: druckunterstützte Spontanatmung

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Die Anpassung der Unterstützung an die Spontanatmung

Die Druckunterstützung bietet dem Patienten durch die maschinell geleistete Atem-arbeit eine Entlastung, ohne ihm dabei ein maschinell erzeugtes Beatmungszeit-muster aufzuzwingen. Obgleich sich bei der Druckunterstützung die maschinelleBeatmung der Spontanatmung des Patienten in gewissen Grenzen anpasst, gibt esbisweilen prinzipiell bedingte Probleme bei der Abstimmung. Der Verlauf derDruckunterstützung stimmt nämlich unter bestimmten Bedingungen nicht mehrmit der Spontanatmung überein. Außerdem sind abrupte Drucksprünge für denPatienten unangenehm. Gefordert war somit eine bessere Anpassung der druck-unterstützten Beatmung an die Atmung des Patienten.

Die Anpassung der Druckunterstützung an die Spontanatmung wurde zunächstdurch eine manuelle Korrekturmaßnahme in der konventionellen Druckunterstüt-zung erreicht. Diese manuelle Anpassung der maschinellen Druckunterstützung andie Spontanatmung und die Lungenmechanik war erstmals mit der EV-A im Jahr1982 durch einen zusätzlichen Einstellparameter möglich, für den sich dieBezeichnung „Druckrampe“ eingebürgert hat. Mit diesem Einstellparameter kannseitdem die Druckanstiegsgeschwindigkeit einer sich ändernden Lungenmechanikangepasst werden. Damit lässt sich eine bessere Synchronisation der Druckunter-stützung mit der Spontanatmung erreichen.

Der Zeitverlauf der Unterstützung ist nämlich nicht nur von der Atemtätigkeit desPatienten abhängig, sondern richtet sich vielmehr auch nach mechanischenGrößen wie Resistance und Compliance. Die Dauer der Druckunterstützung kanndeshalb manchmal kürzer sein als die Atemanstrengung des Patienten. In diesemFall kann die Dauer der Druckunterstützung durch eine längere Druckanstiegszeitin gewissem Umfang verlängert werden. Allerdings ist diese manuelle Anpassung oftnur in begrenztem Umfang erfolgreich.


Ein weiteres Problem stellt sich in der konventionellen Druckunterstützung in derEntwöhnung. Dort wird das Ziel verfolgt, dem Patienten zunehmend Atemarbeit zu überlassen, um ihn vom Beatmungsgerät abzutrainieren. Manche Patienten„lernen“ nun dabei, dass sie lediglich einen Hub triggern müssen, um dannnahezu passiv einen maschinellen Hub ohne nennenswerte Eigenleistung zuerhalten. Für derartige Patienten ist die konventionelle Druckunterstützung, dieeinmal als Entwöhnungsverfahren eingeführt wurde, wenig geeignet. DerartigePatienten bräuchten ein Verfahren, welches maschinelle Atemarbeit abhängig vonEigenleistung des Patienten beiträgt und ihn damit „erzieht“, Spontanatmung inangemes senem Umfang zu leisten.

Beatmungskurven einer EV-A. Druckunterstützte Spontanatmung mit verlängerterDruckanstiegszeit

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Die Regelung der Druckunterstützung durch den Patienten

Auf der Suche nach einem Verfahren, das die Druckunterstützung in Abhängigkeitder Spontanatmung leistet, musste man neue Wege gehen. Bisher konnte man inallen Verfahren Parameter einstellen, welche die Belüftung der Lunge determi -nieren. Diese einzustellenden Parameter waren Volumen oder Druck – wir bezeich -nen sie hier vereinfachend als „Ventilationsparameter“. Das Ergebnis war, dass dieHerrschaft über Zeit und Volumen in der maschinellen Beatmung beim Anwenderlag und nicht, wie besonders in der Entwöhnung gewünscht, beim Patienten.

Verzichtet man jedoch auf die unbedingte Sicherstellung der Ventilation durch dieEinstellung von Ventilationsparametern und konzentriert sich darauf, den Patientengezielt in den Problemen seiner unzureichenden Spontanatmung zu unterstützen,dann gibt es völlig neue Möglichkeiten. In diesem Fall übernimmt der Patient dieVerantwortung für die Ventilation der Lunge und der Anwender stellt nur nochsicher, dass das Beatmungsgerät die Spontanatmung des Patienten durch geeigneteAtemgaslieferung hinreichend verstärkt.

Die Probleme einer unzureichenden Spontanatmung können vielschichtig sein.Beschränkt auf die Lungenmechanik gibt es dabei zwei Hauptprobleme, die zueiner unzureichenden Lungenbelüftung führen können. Der Atemapparat kann zusteif sein und wir sprechen dann von einer restriktiven Störung bedingt durch einezu kleine Compliance. Andererseits können die Atemwegswiderstände zu groß sein,wobei dann eine obstruktive Störung vorliegt, bedingt durch eine zu große Resistance.

Wollte man gezielt auf diese Störungen reagieren, dann würde man bei einer restriktiven Störung gezielte Maßnahmen ergreifen, um das Volumen mit einemmöglichst geringen Aufwand für den Patienten zu erhöhen, und im Falle einerobstruktiven Störung würde man versuchen, in gleicher Weise den Flow zu ver-stärken. Und genau das ist das Prinzip eines Verfahrens, das 1997 unter dem NamenPAV* (24) vorgestellt wurde und seit 1997 unter dem Namen PPS** zunächst mit der Evita 4 und danach auch mit der EvitaXL erstmals in einem kommerziellerhältlichen Beatmungsgerät zur Verfügung steht. In der proportionalen Druck-unterstützung wird weder ein definiertes Beatmungsvolumen noch ein definierterBeatmungsdruck angestrebt. Ziel ist vielmehr, den Anteil der Atemarbeit, denMensch und Maschine leisten, zu bestimmen.

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* PAV =Proportional Assist Ventilation, ** PPS = Proportional Pressure Support


In der proportionalen Druckunterstützung wird der Druck geregelt nach einemgemessenen Volumen und Flow. Der Regelkreis ist dabei außerordentlich schnell:Alle acht Millisekunden werden die Messgrößen ermittelt und der Druck ent-sprechend korrigiert. Es wird also innerhalb eines Atemzyklusses mehr als hundertMal der Druck geregelt und dem Bedarf des Patienten angepasst.

Damit können Probleme der Spontanatmung gezielt behandelt werden: Bei restrik tiven Störungen wird der Druck proportional zum Volumen erhöht und derParameter zur Einstellung heißt Volumen-Assist. Entsprechend werden obstruktiveStörungen durch Einstellung eines Flow-Assist behandelt. Bei der Einstellung derParameter unterstützt Evita den Anwender und gibt simultan an, welche Resistanceund welche Compliance kompensiert werden.

PatientBeatmungsgerät

Beatmungsdruck regeln

Volumen messen

closed loopSteuerung

Die Regelung des Beatmungsdrucks in der proportionalen Druckunterstützung.Der Regelkreis wird in wenigen Millisekunden durchlaufen. Weitere Erläuterungensiehe Text

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Die Problematik des Atemanschlusses

Maschinelle Beatmung bringt prinzipbedingte Nebenwirkungen mit sich wie zumBeispiel die zusätzliche Atemarbeit, bedingt durch den Widerstand des Beatmungs-tubus. Die Mehrbelastung des Patienten durch zusätzliche tubusbedingte Atem-arbeit lässt sich durch zwei Maßnahmen beseitigen: Entweder wird die zusätzlicheArbeit durch das Beatmungsgerät kompensiert oder die Ursache der zusätzlichenArbeit wird durch einen alternativen Atemanschluss ersetzt.

Ein alternativer Atemanschluss ist die Atemmaske, die, verglichen mit dem Tubus,keine nennenswerte zusätzliche Atemarbeit erfordert. Für eine Maskenbeatmungmuss ein Beatmungsgerät jedoch speziell angepasst werden, da dort erheblicheLeckagen auftreten können. Die Anpassung bezeichnet man als nicht-invasiveBeatmung NIV*. Sie besteht in einer wesentlich gesteigerten automatischenLeckagekompensation und einer Anpassung des Beatmungsmonitorings mitselektiven Alarmstummschaltungen.

Die nicht-invasive Beatmung steht als Option bei nahezu allen Beatmungsgeräten aus dem Hause Dräger zur Verfügung, und zwar in der Intensivbeatmung von Er wachse nen, in der Transportbeatmung und in der Neugeborenenbeatmung. EineSonderstellung in der nicht-invasiven Beatmung nimmt die Carina ein: Sie wurdeeigens für diesen Einsatzzweck entwickelt, ist also ein spezielles NIV-Beatmungs-gerät, mit dem allerdings auch intubierte Patienten beatmet werden können.

Die zweite Möglichkeit, den Patienten in seiner durch den Atemanschlussbedingten Atemarbeit zu entlasten, besteht in einer selektiven Kompensation vonAtemarbeit. Zum Verständnis der Kompensation einer tubusbedingten Atemarbeitist es hilfreich, sich die Druckverhältnisse vor und hinter dem Tubus genauanzusehen. Atmet der Patient durch den Tubus, dann entsteht ein Druckabfall amTubus so wie in der Grafik dargestellt. Dieser Druckabfall wird umso größer, jestärker der Patient das Atemgas durch den Tubus zieht. Der Druckabfall ist dabeiabhängig vom Atemgasflow.

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* NIV = Non Invasive Ventilation


Nun könnte das Beatmungsgerät mehr Beatmungsdruck liefern, um gerade diesenDruckabfall auszugleichen und genau das ist das Prinzip von ATC®*, der auto-matischen Tubuskompensation. Das Beatmungsgerät drückt dabei gerade so stark,wie der Patient ziehen müsste, um das Atemgas durch den Tubus zu befördern. Dasempfindet der Patient als Erleichterung. Obgleich er durch den Tubus atmet, spürter nichts von dessen Widerstand und der damit verbundenen zusätzlichen Arbeit.Die hat das Beatmungsgerät durch das ATC übernommen – ein Phänomen, das manauch als „elektronische Extubation“ bezeichnet. Die automatische Tubuskom-pensation wurde 1997 erstmals vorgestellt und entwickelte sich seitdem sukzessivezum Standard in der Intensivbeatmung.

* ATC = Atomatic Tube Compensation

ohne ATC mit ATC

Paw

P TracheaP Trachea

P mus

P Tubus

Paw

P mus

P Tubus

Die Kompensation der durch den Tubus bedingten Atemarbeit. (Paw = Atemwegsdruck)Links: Ohne Tubuskompensation – der Tubus bewirkt einen zusätzlichen Druckabfall und derPatient muss diesen Druckabfall durch forcierte Atmung kompensieren (Pmus = Druck durchAtemmuskulatur). Rechts: Mit Tubuskompensation – das Beatmungsgerät kompensiert durchzusätzlichen Beatmungsdruck den Druckabfall

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Besonderheiten der Früh- und Neugeborenen-Beatmung

Die Beatmung von Früh- und Neugeborenen nimmt aus zwei Gründen eine Sonder-stellung ein: zum einen gibt es spezifische klinische Probleme aufgrund einerunreifen Lunge, und zum anderen gibt es in der Neugeborenenbeatmungzusätzliche technische Herausforderungen.

Spezifische klinische Probleme einer unreifen Lunge sind z. B. der Mangel an Surfactant, einem lebensnotwendigen Flüssigkeitsfilm in der Lunge. Eine typischeKomplikation ist die Aspiration von Fruchtwasser, die häufig eine Lungenent-zündung zur Folge hat. Respiratorische Störungen gehören zu den häufigstenTodesursachen bei Frühgeborenen.

Technische Herausforderungen in der Neugeborenen-Beatmung liegen in der Artdes Atemanschlusses. Dort wird der Beatmungstubus in der Regel nicht in der Luft-röhre fixiert, sondern es wird ein so genannter ungeblockter Tubus mit meistunvermeidbaren hohen Leckagen eingesetzt. Außerdem arbeiten Beatmungsgerätefür Neugeborene mit einem permanenten Gasfluss, einem so genannten ContinousFlow. Ein derartiges Prinzip der Atemgaslieferung ist zwar optimal für die kleinenPatienten, bringt aber zusätzliche Schwierigkeiten im Beatmungsmonitoring mitsich. Zusätzliche Anforderungen an das Beatmungsgerät entstehen bei der Behand-lung von einigen der oben beschriebenen Krankheitsbilder, wobei es zu dramati -schen Veränderungen der Lungenmechanik kommen kann. Diese Veränderungenmüssen mit dem Beatmungsmonitoring erkennbar sein, und idealerweise sollte dasGerät die Beatmung automatisch an Änderungen der Lungenmechanik anpassen.

Bei derartigen Herausforderungen ist es nicht verwunderlich, dass erst Ende derachtziger Jahre ein Beatmungsgerät eingeführt wurde, das sich den obengenannten Anforderungen stellte. Das Babylog 8000 führte als erstes Beatmungs-gerät für Neugeborene ein integriertes Volumenmonitoring ein und erlaubte damiteine Diagnose der Lungenmechanik. Es hatte dazu eine patientennaheFlowmessung, mit der weiterhin zum einen eine automatische Leckagekom-pensation und zum anderen ein extrem sensibler Trigger zur Auslösung einesAtemhubes selbst durch die schwächsten Patienten noch möglich waren.


Vier Jahre nach seiner Einführung war für das Babylog 8000 die Hochfrequenz-beatmung nachrüstbar. Im Jahre 1997 kamen zwei neue Verfahren hinzu, diebereits in der Erwachsenenbeatmung etabliert waren und nun durch spezielleAnpassungen für die besonderen Bedürfnisse der Neonatologie optimiert wurden:die Druckunterstützung PSV* und die Volumengarantie VG. Die Druckunterstützungbietet dem Neugeborenen Freiraum zum Atmen. Der kleine Patient bestimmt dabeinicht nur den Beginn der Inspiration, sondern auch den Beginn der Exspiration.Die Druckunterstützung ist damit auch in der Neugeborenenbeatmung prädesti -niert für die Entwöhnung (21). Die Volumengarantie reagiert automatisch auf dieÄnderung der Lungenmechanik und vermindert so das Risiko der Lungenüber-dehnung, bedingt durch eine rasche Veränderung der Lungenmechanik, zum Bei-spiel bei der Verabreichung von Surfactant.

* PSV = Pressure Support Ventilation

Babylog 8000

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SmartCare®/PS

So verschieden die bis hier beschriebenen Beatmungsverfahren auch sind, so habensie doch ein gemeinsames Merkmal: Sie werden nach individuellen Entscheidungendes klinischen Personals manuell eingestellt. Derartige Entscheidungen finden nichtregelmäßig statt und folgen häufig nicht einem festgelegten Plan. Aus diesem Grundwurden Leitlinien zum Beispiel für den Ablauf einer Entwöhnung erstellt, in denenHandlungen wie die Einstellung von Parametern verbindlich vorgeschrieben sind.

Mitte der neunziger Jahre begann man damit, Leitlinien zur Entwöhnung mit Hilfeeines Computers umzusetzen. Der Computer war dabei in der Lage, mit Hilfe desBeatmungsmonitorings den Zustand eines Patienten zu analysieren und mit Hilfeder gespeicherten Leitlinien einen Behandlungsplan zu entwerfen. Und man gingnoch einen Schritt weiter: Man autorisierte den Computer, die im Behandlungsplanvorgesehenen Schritte selbständig umzusetzen und ein Beatmungsgerät zu steuern.

Die ersten klinischen Erprobungen dieser neuen automatischen Entwöhnung fandenmit einer druckunterstützten Beatmung statt und wurden mit einer computergesteu -erten modifizierten Evita 4 durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie waren revolu -tionär: Mit derartigen Systemen ließ sich die Entwöhnungszeit im Durchschnittschlichtweg halbieren (19). Der nächste Schritt war die Integration des Computerszur automatischen Entwöhnung in das eigens zu diesem Zweck entwickelteBeatmungsgerät EvitaXL und die Markteinführung unter der ProduktbezeichnungSmartCare/PS* im Jahr 2003. Damit wurde die computergestützte automatischeEntwöhnung erstmalig Bestandteil eines kommerziell verfügbaren Beatmungsgerätes.

SmartCare/PS geht in der Entwöhnung ähnlich wie das klinische Personal vor. Zu -nächst wird eine Diagnose der Spontanatmung gestellt, und zwar auf Basis der dreiParameter Atemfrequenz, Tidalvolumen und endtidales CO2. Bei unzureichenderSpontanatmung wird automatisch die Druckunterstützung verändert, um denPatienten mit seiner Spontanatmung in einen stabilen Zustand zu führen. Ist diesererreicht, so wird sukzessive die Druckunterstützung verringert bis zu einem Niveau,ab dem der Patient voraussichtlich ohne maschinelle Unterstützung weiteratmenkann. Auf diesem Niveau führt SmartCare/PS ein abschließendes Manöver durch,den so genannten Spontanatemversuch. Ist dieser erfolgreich, dann wird dem Per-sonal der Abschluss der Entwöhnung gemeldet.

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* PS = Pressure Support


Die Rolle des Personals ähnelt im SmartCare/PS der Rolle eines Piloten bei einemeingeschalteten Autopiloten. So wie ein Flugzeugführer sich jederzeit ein Bild überKurs, Geschwindigkeit und Flughöhe in ihrer automatischen Regelung machen kann,so kann das klinische Personal jederzeit Verlauf, Diagnose und automatisch durch-geführte Maßnahmen in einer SmartCare/PS-Anwendung einsehen. Und ähnlichwie ein Pilot kann das klinische Personal weniger oder mehr manuell eingreifen.

Das Personal erfährt dabei eine deutliche Aufwertung: Entlastet von Routinehand-lungen und gut informiert über den Ablauf des Prozesses, können sich Arzt undPfleger vom Abwickler zum Gestalter der Entwöhnung entwickeln.

f

VTetCO2

Unz

ureichende Ventilation

Unzureichende Ventila

tion

normaleVentilation

InsuffizienteVentilation

UnerklärteHyperventilation

Hyper-ventilation

Hypo-ventilation

SchwereTachypnoe

Tachypnoe

Diagnose der Spontanatmung und Maßnahmen zur Stabilisierung im SmartCare/PS.Links: Atemfrequenz, Tidalvolumen und endtidales CO2 werden bewertet. Ist einer dieser Werteinakzeptabel, so wird auf „unzureichende Spontanatmung“ erkannt. Rechts: Differenzierungder vorliegenden Störung, u. U. Stabilisierung durch Veränderung der Druckunterstützung(heller Pfeil = Druckerhöhung, dunkler Pfeil = Druckerniedrigung, Kreis = keine Veränderung).Nach erfolgreicher Stabilisierung wird durch sukzessives Absenken der Druckunterstützung die Entwöhnung eingeleitet und automatisch durchgeführt

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Tendenzen in der Entwicklung der Beatmungsverfahren – Fazit

In der Entwicklung der Beatmungsverfahren können im Wesentlichen zwei ver-schiedene Tendenzen identifiziert werden: die Beatmung ist erstens patienten-orientierter und zweitens anwenderorientierter geworden.

Die Entwicklung der maschinellen Beatmungbegann mit maschinellen „Luftpumpen“ zurAtemgasversorgung des Patienten. Auf dernächsten Entwicklungsstufe wurden Hilfs-einrichtungen zur Anpassung der maschinellenBeatmung an den Patienten eingeführt. Siewurden als zusätzliche Einstellparameter in denBeatmungsverfahren vom Therapeuten eingesetzt.

In der zeitgesteuerten Beatmung wurde als Hilfs-parameter die Druckbegrenzung zur Verringerungeiner mechanischen Belastung der Lunge einge-setzt. In der Spontanatmung wurde die Druck-unterstützung eingeführt, um den Patienten inseiner Atemarbeit zu entlasten. In beiden Fällen,sowohl in der Druckbegrenzung als auch in derDruckunterstützung war die Technik noch relativ

einfach. Die Anwendung war jedoch arbeitsaufwändig: Änderte sich die Lungen-mechanik, dann musste der Therapeut in der Regel die Beatmung anpassen.

In der nächsten Entwicklungsstufe wurde die Funktion der manuell eingestelltenHilfsparameter zunehmend durch „intelligente“ Funktionen des Beatmungsgerätesübernommen. Mit AutoFlow®, freier Durchatembarkeit und proportionaler Druck-unterstützung passte sich das Beatmungsgerät automatisch den Veränderungen derLungenverhältnisse und der physiologischen Atmung an. In der patienten-orientierten Beatmung gehorchte fortan das Beatmungsgerät dem Patienten.

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Evita 2 und die Entwicklung derVerfahren. Beatmungsdruck-kurven von unten nach oben:volumenkonstant, druck-begrenzt, konventionell druck-kontrolliert und BIPAP


Als zweite Tendenz ist eine Vereinfachung der Beatmung erkennbar, wodurch dieBeatmung anwenderorientierter wurde. Es wurden immer weniger Verfahrenbenötigt. Die vielen Verfahren älterer Beatmungsgeräte waren durch die begrenztetechnische Möglichkeit bedingt: man konnte es einfach nicht besser und brauchtefür jedes technische und medizinische Problem ein Spezialverfahren. Einen entscheidenden Schritt zur Vereinfachung der Beatmung leistete BIPAP in der Entwöhnung. Dort ist seitdem nur noch ein einziges Verfahren notwendig. Für dieEntscheidung, ob druck- oder volumenorientiert beatmet wird, konzentriert sichheute die Auswahl auf die beiden Alternativen BIPAP und AutoFlow®.

1970 1980 1990

Evita 4Evita 1EV-AUV1/UV2Spiromat

Volumen-orientiert

Druck-orientiert

volumen-konstant

druck-begrenzt

druck-unterstützt

druck-kontrolliert

Druck-rampe

proportionaleDruckunter-stützung

BIPAP

AutoFlow

Die Anzahl der Beatmungsverfahren. 1970: wenige Verfahren aufgrund technischerLimitationen. 1980: viele Verfahren aufgrund neuer technischer Möglichkeiten. Seit 1990: weniger notwendige Verfahren aufgrund patientenorientierter und anwendungs-orientierter Verfahren

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Tendenzen in der Entwicklung der Beatmungsverfahren – Ausblick

Ein Ausblick in die Zukunft der Beatmungsverfahren kann mit der Einführung vonWissensbasierten Systemen wie SmartCare®/PS vorgenommen werden. Künftig wird esweniger darum gehen, Verfahren zu optimieren, als vielmehr darum, die Verfahrenoptimal einzusetzen. SmartCare/PS setzt die konventionelle Druckunterstützung ein –ist also vom Verfahren her eher konservativ. Das Neue an SmartCare/PS ist jedoch derstandardisierte Einsatz eines Verfahrens nach festgeschriebenen Regeln. Damit stel -len sich erhebliche Vorteile wie die Kostenersparnis durch Verkürzung der Entwöh -nungszeit sowie die mögliche Qualitätssicherung durch Standardisierung, in Aussicht.

Die Frage, die sich nun stellt, ist folgende: Werdenkonventionelle Beatmungsgeräte, so wie wir sieheute als eigenständige Geräte kennen, in Zukunftdie Anforderungen zum Beispiel durch Wissens-basierte Systeme noch meistern? Die Antwortlautet: Ja – mit großem Aufwand. Die neue Heraus-forderung durch Wissensbasierte Systeme konnteein eigenständiges Beatmungsgerät wie dieEvitaXL meistern, nachdem es gelungen war,einen Computer in das Beatmungsgerät zuintegrieren und das Beatmungsgerät über diesenintegrierten Computer zu steuern.

Werden aber künftige Anforderungen in derBeatmung eine Steuerung des Gerätes von außenerfordern, dann deutet sich bereits jetzt eine neue

Ära in der maschinellen Beatmung an. Neben den eigenständigen Beatmungs-geräten werden sich Systeme etablieren, bei denen eine zentrale Steuereinheit aufein Beatmungsmodul zugreift. Den ersten Schritt in die neue Ära unternahmDräger im Jahr 2006 mit der Vorstellung des Infinity® Acute Care System™. Dortwird es möglich sein, das Beatmungsmodul mit der Bezeichnung V500 durch einezentrale Einheit mit dem Namen Medical Cockpit zu steuern und somit die Voraus-setzung für komplexe Messmanöver zu bereiten. Bei diesen Manövern wird dasBeatmungsgerät kurzfristig ein bestimmtes Beatmungsprofil durchführen unddamit die Messbedingungen für eine Diagnose in der Hämodynamik schaffen.

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EvitaXL. Die Darstellung vonEchtzeitkurven, Trends und Daten ist optimal auf eineSmartCare/PS Anwendungeingestellt


Wie lange die Koexistenz von eigenständigem Beatmungsgerät einerseits undBeatmungsmodul innerhalb eines Systems andererseits anhalten wird, ist schwerabzuschätzen. Unter dem Gesichtspunkt der Verfahren wird diese Koexistenzsicherlich lange – wenn nicht sogar auf unabsehbare Zeit anhalten.

Intensiv

Infinity Acute Care System. Medical Cockpit™ und Beatmung mit dem Modul V500

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Vom Messinstrument zum Beatmungsmonitor

Der vorherige Abschnitt befasste sich mit der Entwicklung der Beatmungsverfahren.Im Folgenden soll nun untersucht werden, wie sich parallel dazu das Beatmungs-monitoring entwickelt hat. Das Beatmungsmonitoring stellt das gesamte System zurÜberwachung in der Beatmung dar. Es werden dabei sowohl Gerätefunktionen alsauch der Zustand des Patienten überwacht.

Das Monitoring besteht aus den drei Teilfunktio nen Messen, Darstellen undAlarmieren. Die dazu not wendigen Komponenten eines Beatmungsgerätes sind dieSensorik, die Anzeige und das Alarmsystem. Nach neuerem Verständnis gesellt sichals vierte Komponente das Datenmanagement dazu.

Bereits der Ur-Pulmotor hatte eine bescheidene Sensorik. Ein einfaches Instrumentzur Messung des Beatmungsdruckes erlaubte dort eine oberflächliche Beobachtungder Gerätefunktion. Bei den Spiromaten stand ab 1955 zusätzlich eine Messvor-richtung für das verabreichte Volumen zur Verfügung. Weitere Messparameter wiedie inspiratorische O2-Konzentration und das Atemgas-CO2 wurden in den folgendenGerätegenerationen zunächst über Zusatzmonitore eingeführt. Bei modernenBeatmungsgeräten ist das Monitoring der inspiratorischen O2-Konzentration meistim Beatmungsgerät integriert und das Monitoring des Atemgas-CO2 steht als Optionzur Verfügung.

Aus den einzelnen gemessenen Werten könnenweitere Daten durch Berechnungen gewonnenwerden. Ein Beispiel für eine berechnete Größe istder mittlere Atemwegsdruck, der als Durch-schnittswert ermittelt wird. Für die gemessenensowie für die berechneten Daten gelten meistzulässige Grenzwerte. Werden diese Grenzen über-schritten, so tritt ein Alarmsystem in Aktion, das

mit hörbaren und sichtbaren Signalen den Anwender informiert. Die Grenzwertezur Patientenüberwachung werden, wie das nebenstehende Beispiel des Monitoringdes Atemwegsdruckes eines UV-1 zeigt, vom Therapeuten eingestellt. Die Grenz-werte der Geräteüberwachung hingegen werden bei modernen Beatmungsgerätenüberwiegend automatisch gesetzt.

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Atemwegsdruckmonitor des UV-1mit Darstellung der Grenzwerte


Analog zur Entwicklung der Sensorik mit ihrer zunehmenden Integration in dasBeatmungsgerät hat sich auch das Alarmsystem der Beatmungsgeräte entwickelt.Die ungeordnete Vielzahl der Alarme aus verschiedenen Beatmungsmonitorenwurde durch ein Alarmmanagement im Beatmungsgerät ersetzt. Das Alarm-management moderner Beatmungsgeräte ordnet jedoch nicht nur die einzelnenAlarme. Vielmehr gibt es z. B. über Textmeldungen detailliert Auskunft über dieAlarmursache und deren mögliche Abhilfe – es gibt eine Alarmdiagnose.

Sensorik Alarmsystem Anzeige

Beatmungsmonitoring

DarstellenMessen Alarmieren

Das Beatmungsmonitoring. Mitte: Komponenten, unten: Teilfunktionen

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Von der Momentaufnahme zur Trendanalyse

Parallel zur Sensorik und Alarmierung hat sich dieAnzeige der Beatmungsgeräte entwickelt. EinfacheZeigerinstrumente wurden durch Digitalanzeigenergänzt oder ersetzt. Das Informationsangebot ausdem Beatmungsmonitoring wurde damit viel -fältiger, aber die vielen Anzeigen überforderten

bisweilen den Betreiber. Eine leichtere Informationsaufnahme wurde durch dieKonzentration der Messwertanzeigen und Textmitteilungen auf einem zentralenBildschirm erreicht.

Der zentrale Bildschirm ordnet jedoch nicht nur die verschiedenen Anzeigen undMeldungen, er ermöglicht eine völlig neue Form der Messwertdarstellung: Durchgrafische Bildschirmdarstellung werden nicht nur aktuelle Werte, sondern auchderen zeitlicher Verlauf sichtbar.

Derartige grafische Darstellungen waren in der Herz-Kreislaufdiagnostik z. B. als EKG-Registrie rungen bereits bekannt. Obgleich der diagnostische Wert eines grafischen Monitorings sehr hoch ist, wurde es in der Beatmung erst mit demintegrier ten Bildschirm der EV-A eingeführt. Seitdem gehört es allerdings zur Standardausstattung eines Dräger-Intensivbeatmungsgerätes.

Mit dem grafischen Monitoring können Verlaufsdarstellungen eines Beatmungs-hubes sichtbar gemacht werden. Die zur Erläuterung der Beatmungsverfahren imvorherigen Abschnitt beschriebenen Beatmungskurven können damit direkt amBeatmungsgerät dargestellt werden. Das mittlere Bild der Grafik auf der nächstenSeite gibt das Beispiel einer Beatmungsdruckkurve.

Mit den Beatmungskurven auf dem Bildschirm kann die Geräteeinstellung undderen Auswirkung auf den Patienten kontrolliert werden. Die Momentaufnahmeder Beatmungskurven wird im modernen Beatmungsmonitoring durch die Dar-stellung längerfristiger Verläufe ergänzt.

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Digitalanzeige verschiedenerMesswerte einer Evita 2


Aus derartigen Darstellungen kann der geübte Therapeut gegebenenfalls Trendserkennen – die Darstellungen werden deshalb auch als Trendverläufe bezeichnet.Sie stehen im integrierten grafischen Beatmungsmonitoring der Evita zur Ver-fügung. Das untere Bild der Grafik stellt einen Trendverlauf des mittlerenAtemwegsdruckes dar. Der Nutzen, den das grafische Monitoring für die Aus-bildung, Diagnose und Geräteanwendung bietet, soll im Folgenden am Beispiel derBeatmungskurven dargestellt werden.

Messwertdarstellung des Atemwegdruckes im Beatmungsmonitoring. Oben: Zeigerinstrumentdes Spiromaten. Mitte: Beatmungskurven einer Evita 2. Unten: Trenddarstellung einer Evita 4

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Der Wert des grafischen Monitorings

Das Prinzip der Atemwegsdruck- und Flowkurven wurde bereits im Abschnitt„Beatmungsverfahren“ beschrieben. Die Beatmungskurven dienten dort als Hilfs-mittel, um die Entwicklung der Verfahren zu illustrieren. Der Wert der Beatmungs-kurven in der Ausbildung war schon lange vor der Einführung der Bildschirmdar-stellung erkannt worden. Die Gebrauchsanweisungen der Spiromaten enthieltenbereits solche Kurven.

Seit der Einführung des integrierten grafischen Beatmungsmonitorings in der EV-Awerden die Beatmungskurven zunehmend als Hilfsmittel zur Geräteeinstellunggenutzt. So kann aus den Druck- und Flowkurven rasch erkannt werden, ob dieeingestellten Atemphasen in Ordnung sind.

Beatmungskurven erlauben eine rasche Überprüfung der Geräteeinstellung undlassen Einstellfehler erkennen. Einstellwerte mit hoher klinischer Bedeutung, wiedas I:E-Verhältnis, also das Zeitverhältnis von Inspirations- und Exspirationszeit,sowie die Flowzeit und die Plateaudruckzeit sind damit auf einem Blick erkennbarund müssen nicht mehr als Zahlenwerte zusammengetragen werden.

Die Überprüfungsmöglichkeiten durch Beatmungs -kurven beschränken sich jedoch nicht nur auf dieGeräteeinstellung und auf Fehler. Vielmehrerlauben sie einen Einblick in die physiologischeAuswirkung der Beatmung. Sie sind damit einInstrument der Diagnostik. So können aus derDruck- und Flowkurve Rückschlüsse auf Atemwegs-widerstände und Compliance gezogen werden.Allerdings bilden die beiden Beatmungskurven dietatsächlichen mechanischen Lungenverhältnissenur undeutlich ab. Aussagen über den Gas-austausch oder gar über die Lungendurchblutungsind mit diesen Kurven überhaupt nicht möglich.

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Evita 2. Oben: Echtzeitkurvenvon Flow, Druck und CO2


Die Forderung nach einer Beatmungskurve mit höherem diagnostischen Wertwurde mit einer dritten Beatmungskurve erfüllt. Die grafische Darstellung desAtemgas-CO2 in einem Beatmungsgerät wird als integrierte Kapnographiebezeichnet. Sie stand bereits in der EV-A zur Verfügung und wurde seitdem mehrfach erweitert um zusätzliche Diagnosefunktionen wie die Messung der CO2-Produktion und des Totraumvolumens. Mit der Kapnographie könnenÄnderungen im Gasaustausch rasch erkannt werden: eine unzureichende Lungen -belüftung oder eine Verschlechterung der Lungendurchblutung würde sich z. B.unmittelbar am Verlauf der CO2-Kurve auswirken. Kapnographie ermöglicht sogarRückschlüsse auf den Stoffwechsel des Patienten und überschreitet damit dieGrenzen des reinen Beatmungsmonitorings.

Einstellhilfe Lernhilfe Entscheidungs-hilfe

Beatmungskurven

DiagnoseBedienung Didaktik

Beatmungskurven im Beatmungsmonitoring. Mitte: Teilfunktionen. Unten: Anwendernutzen

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Beatmungsmonitoring in einer neuen Zeit

So wichtig die Kapnographie durch die detaillierte Abbildung physiologischer Vor-gänge ist, sie hat einen kleinen Nachteil: Die Ursachen, die zu einem verändertenKapnogramm führen, sind in der Regel nicht eindeutig. Kapnographie liefert vielewertvolle Hinweise – aber kaum eindeutige Nachweise. Für eine eindeutige unddifferenzierte Diagnose über den Zustand eines beatmeten Patienten reicht dasMonitoring eines Beatmungsgerätes oft nicht mehr aus. Es werden weitere Datenund deren Integration in einer zentralen Einheit benötigt.

In den neunziger Jahren begann dieEntwicklung zu einem zentralenMonitoring, bei dem zunächst ein Teildes Beatmungsmonitorings zusätzlichauf dem Patientenmonitor erschien.Neue Bildschirm technolo gien machtendieses möglich, und so vervielfachtesich die Standardgröße des Bildschirmsim Patientenmonitoring innerhalbweniger Jahre. Nun hatte man Echt-zeitkurven der Beatmung, invasivenBlutdruck und EKG auf einen Blick,aber die auf dem Bildschirmangebotene Datenflut war kaum noch

zu beherrschen. Außerdem erschienen jetzt auf dem Bildschirm des Beatmungs-gerätes Daten, die man schon seit einiger Zeit im Patienten monitoring hatte, wiez. B. die Sauerstoffsättigung.

Eine elegante Lösung wäre jetzt gewesen, sowohl im Beatmungsmonitoring alsauch im Patientenmonitoring auf doppelte Darstellungen zu verzichten. Dannallerdings erwies es sich als Problem, dass Beatmungsmonitoring und Patienten -monitoring ein unterschiedliches Erscheinungsbild in der Datenpräsentation habenund dass man in beiden Bereichen einen kompletten Datensatz haben wollte. Undso leistete man sich z. B. die kostspielige Kapnographie mit aufwändiger Sensorikauf beiden Seiten. Die Kapnographie war, wie man so sagt, „redundant“ vorhanden –und das war schlichtweg Verschwendung von Ressourcen.

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Datenpräsentation mit demInfinity® Explorer


Es stellt sich jetzt erneut die Frage, ob durch eine Optimierung der eigenständigenBeatmungsgeräte und Patientenmonitore eine Lösung für das Problem der Datenflut und Redundanz erreicht werden kann – und die Antwort ist wiederum: Ja – mit großem Aufwand. Durch die Angleichung der Datenpräsentation einerEvitaXL und eines Infinity Patientenmonitors kann das Problem zumindest teil-weise gelöst werden.

Datenpräsentation auf dem Bildschirm einer EvitaXL. Echtzeitkurven, Loops undTrends sowie numerische Daten sind konfigurierbar

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Beatmungsdiagnostik in einem neuen System

Ziel einer Überwachungseinrichtung ist, aus Daten Informationen zu generieren.Es stellt sich nun die Frage, ob die alleinige Darstellung von Zahlen, Text-meldungen und Kurven auf den einzelnen Geräten dabei wirklich zielführend ist.Und es stellt sich dabei weiterhin die Frage, ob eine derartige Darstellung in derDiagnostik der Akutmedizin überhaupt noch zeitgemäß ist. Liegt das Problemvielleicht gar nicht mal an der Unzulänglichkeit der bisherigen eigenständigenGeräte, sondern vielmehr daran, dass man nicht das Richtige auf ihnen darstellt. Die Computerindustrie hat diese Erkenntnis bereits vor mehr als zehn Jahrengewonnen: Das Betriebssystem Windows beispielsweise setzt seitdem überwiegendSymbole und Bilder ein und kaum noch Texte.

Ein ähnliches Umdenken deutet sich inder Akutmedizin mit den so genanntenSmart Applications des Infinity AcuteCare Systems an. Dort wird beispiels-weise im Smart View der kardio pulmo -nale Status auf einen Blick erkanntwerden können. Anhand von Bildern undSymbolen kann so ein Befund direkt amKrankenbett erstellt werden. Möglichwird das durch die zentrale Verarbei -tung von Daten aus dem Beatmungs-modul und dem Patientenmonitoringdes Infinity Acute Care Systems.

Die neuen Möglichkeiten, die sich in der Akutmedizin dadurch bieten, dass man ausDaten und Texten Informationen in Symbolen und Bildern erzeugt, werden mitgroßer Wahrscheinlichkeit nur noch mit integrierten Systemen wie dem InfinityAcute Care System realisierbar sein – ein Verbund von Einzelgeräten wird damitschlichtweg überfordert sein.

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Darstellung des kardiopulmonalen Statusim Infinity Acute Care System. Bilder undSymbole veranschaulichen den Zustanddes Patienten


Intensiv

Überwachung auf der Intensivstation im Infinity Acute Care System

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Leistungsumfang und Bedienung

Nach den Beatmungsverfahren und dem Monitoring soll abschließend das Bedien-konzept in seiner geschichtlichen Entwicklung untersucht werden. Im Gegensatz zuden Beatmungsverfahren und dem Beatmungsmonitoring hat sich das Bedienkon-zept der Beatmungsgeräte erst sehr spät entwickelt: Die Bedienelemente warenzunächst mehr willkürlich angeordnet und wenig an den Anwender angepasst.

Die ersten Beatmungsgeräte waren aufgrund ihres geringen Leistungsumfangesnoch einfach zu bedienen. Mit zunehmendem Leistungsumfang wuchs jedoch dieAnzahl der Bedienelemente. Die Grafik zeigt für verschiedene Geräte die Anzahl derBedienelemente und den Leistungsumfang.

In der Grafik gelten folgende Vereinfachungen: Der Leistungsumfang einesBeatmungsgerätes setzt sich aus der Summe von Beatmungsverfahren und sonstigenFunktionen zusammen. Bei der Anzahl der Bedienelemente werden nur die Dreh-knöpfe berücksichtigt. Nach diesem Schema hatte ein Spiromat lediglich einBeatmungsverfahren und mit dem Seufzer nur eine sonstige Funktion. Das Ganzewar über sechs Drehknöpfe noch recht einfach zu bedienen. Der UV-2 konntebereits drei Beatmungsverfahren und drei Zusatzfunktionen: neben dem Seufzerdie einstellbare O2-Konzentration und die Druckbegrenzung. Die Bedienung wurdemit nunmehr elf Drehknöpfen schon recht kompliziert.

In den folgenden Gerätegenerationen fand man Wege, um das Bedienkonzept zuvereinfachen. So belegte man in der EV-A einzelne Drehknöpfe mit zwei Funk-tionen, damit die Anzahl der Drehknöpfe nicht weiter stieg. Die Vereinfachungenerwiesen sich jedoch meist als „kosmetische“ Maßnahmen: Das Bedienkonzept sahvordergründig einfach aus – tatsächlich aber wurde die Bedienung komplizierter.


Unter dem Aspekt Bedienung stellte sich die Entwicklung der Beatmung somitanders dar als unter den Gesichtspunkten Verfahren und Monitoring: Sie war hiernicht nur durch Fortschritte, sondern auch durch diverse Rückschritte geprägt. Die Geräte waren letztendlich nur noch mit erheblichem Schulungsaufwand sicherbedienbar. Dieser Negativtrend wurde erst durch die Evita 4 und die EvitaXL unter-brochen. Mit einer neuen Technologie wurde dort erstmals die Anzahl der gleich-zeitig sichtbaren Bedienelemente reduziert und trotzdem der Leistungsumfangerhöht.

1970 1980 1990

Evita 4Evita 1EV-AUV1/UV2Spiromat

Anzahl derVerfahren

Anzahl derFunktionen

Anzahl der Bedienelemente

Die Entwicklung des Leistungsumfanges und der Bedienungselemente derBeatmungsgeräte. Weitere Erläuterungen siehe Text

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Leistung stark, Bedienung einfach – ein Widerspruch?

Natürlich gab es neben den umseitig beschriebenen Rückschritten in der Entwick-lung des Bedienkonzeptes auch bemerkenswerte Fortschritte, wie die Einführungdes zentralen Bildschirmes als Kontrollinstrument für die vorgenommenen Ein -stellungen.

Ein weiterer Fortschritt war die Einführung einer Benutzerführung mit Schutz-einrichtungen. So erkannte die EV-A bereits 1982 automatisch einen zu hoch einge-stellten Beatmungsdruck oder ein ungewöhnliches Atemzeitverhältnis. DurchLeuchtanzeigen an den entsprechenden Bedienelementen und Meldungen auf demBildschirm wurden dem Therapeuten nicht nur Warnungen gegeben, sondern auchgleich Maßnahmen zur Abhilfe vorgeschlagen.

Damit war die Bedienung schon teilweise zielführend, und man erreichtegewissermaßen im Dialog mit dem Gerät sein Ergebnis. Beispielsweise wies dasGerät den Anwender beim Atemzeitverhältnis auf potentiell gefährliche Einstel-lungen hin. Die Unterstützung die ein Gerät in der Einstellung der Parameteranbietet, nennt man Bedienerführung.

Ein Gerät mit guter Bedienerführung wird zunehmend selbsterklärend. Das Bedien-konzept solcher Geräte, das nach dem Erlernen von Grundelementen aus sichheraus verständlich ist, bezeichnet man als intuitiv. Eine intuitive Bedienung wurdeerstmalig 1995 mit der Evita 4 unter Einsatz einer neuen Technologie realisiert und mit der EvitaXL im Jahre 2002 weiterentwickelt. Die Bedienelemente sinddabei bis auf wenige häufig benutzte Funktionen über einen Bildschirm zugäng-lich. Mit dieser so genannten Touch-Screen-Technologie ergeben sich zwei ent-scheidende Vorteile.

Ein erster Vorteil ist die zielführende Bedienung, da grundsätzlich nur diejenigenBedienelemente dargestellt werden, die zum aktuellen Zeitpunkt auch wirklichbedienbar sind. Damit verringert sich ihre Anzahl. Als Beispiel dient hier die Ein-stellung der Beatmungsparameter in zwei verschiedenen Beatmungsverfahren.Während das eine Verfahren noch neun Parameter benötigt, reichen bei einemanderen bereits vier.


Wird gerade keine Einstellung vorgenommen, dann können alle Bedienelemente imHintergrund verschwinden, und der Bildschirm wird zum reinen Beatmungs-monitor.

Der zweite Vorteil lässt sich aus Erkenntnissen anderer Arbeitsplätze ableiten. AusUntersuchungen mit Verkehrspiloten weiß man, dass die Wahrnehmungsfähigkeitunter Stress abnimmt. Die Cockpits moderner Verkehrsflugzeuge haben deshalbweniger Instrumente und Bedienelemente als ihre Vorgänger. Setzt man dieseErkenntnisse auf einen Arbeitsplatz an einem Beatmungsgerät um, dann gewinntdas neue Bedienkonzept auch unter Sicherheitsaspekten Vorteile.

Bildschirm-Bedienelemente der Evita 4. Weitere Erläuterungen siehe Text

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Bedienung einheitlich – eine Vision?

Neben der Notwendigkeit zur Vereinfachung der Bedienung eines Beatmungsgerätessteht die Forderung der Vereinheitlichung der Bedienung innerhalb der Akut -medizin. Eine Vereinheitlichung der Bedienkonzepte begann bei Dräger Anfang derNeunzigerjahre mit der Einführung eines zentralen Drehknopfes in Verbindung miteiner Menübedienung.

Dieses einheitliche Bedienkonzept wurde sukzessive in allen Bereichen der Akut -medizin umgesetzt: Eingeführt wurde es in der Anästhesie mit dem NarkosegerätCicero, wurde wie bereits beschrieben 1995 mit der Evita 4 in die Intensivbeatmungeingeführt, fand dann im Bereich der Wärmetherapie im Jahr 2000 seine ersteUmsetzung mit dem Inkubator Caleo und kam im Jahre 2003 schließlich mit demOxylog® 3000 in die Notfallmedizin. Im Laufe der Zeit wurden die Bedienkonzepteimmer mehr einander angeglichen. Mit der Einführung des Narkosegerätes Zeusund der EvitaXL hatte man im Jahre 2003 im OP und auf der Intensivstation bereitsein weitgehend harmonisiertes Bedienkonzept mit einer Reihe von homologenBedienelementen.

Trotz weitgehender Annäherung der Bedienkonzepte wurde jedoch immer nochjedes einzelne Gerät für sich bedient und das bringt grundsätzlich zwei Nachteile:Zunächst ist da das bereits in der Diagnostik beschriebene Problem der Redun danzauch bei den Bedieneinheiten innerhalb der Arbeitplätze in der Akutmedizin. Wennes in der Intensivtherapie die drei Modalitäten Beatmung, Infusionstherapie undÜberwachung gibt, dann bedarf es zu deren Bedienung nicht notwendigerweisedreier Bedieneinheiten – sinnvoller und einfacher wären vielleicht nur zwei. EinFortschritt wäre somit die Bedienung aller Modalitäten mit nur einem oder zweiUniversal-Bedieneinheiten mit gleicher Struktur und gleicher Hardware.

Ein System, das die beiden oben genannten Probleme lösen könnte, müsste eineIntegration der Module in einem bisher nicht gekannten Maße verwirklichen. Esmüsste nicht nur den Datentransfer vom Modul zur Zentrale gewährleisten, sondernes sollte auch den Datentransfer zur Steuerung der Module von der Zentrale ausermöglichen. Erste Erfahrungen mit einem derartigen so genannten bidirek-tionalen Datentransfer sammelte Dräger bereits mit der Evita 4 seit 1995 – dortallerdings noch begrenzt auf das Beatmungsgerät mit seinem separaten Bedienteil.


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KIS

Befundbilder

Informationsmanagement

SmartApplications

OP 2OP 1

Intensiv 1

Patienten-monitoring

Beatmung

Anästhesie

Notfallbeatmung

Ein System, in dem alle Modalitäten einmal zentral über Bedieneinheiten mithomologer Struktur bedient werden können, wird das Infinity Acute Care Systembieten. Dort werden künftig in der Zentrale des Medical Cockpits über die Bedien-einheiten C500 oder C700 nicht nur das Beatmungsmodul V500, sondern alle wei-teren Modalitäten gesteuert.

Infinity Acute Care System. Einheitliche Bedienung über das Medical Cockpit inallen Bereichen der Akutmedizin

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Vom Beatmungsgerät zum Beatmungsmodul

In den ersten hundert Jahren ihrer Geschichte hat sich die maschinelle Beatmungdurch technischen und medizinischen Fortschritt von einer kurzfristigen Notfall-maßnahme zu einem komplexen Bereich innerhalb der Akutmedizin entwickelt.Therapie, Diagnostik und Bedienkonzept eines modernen Beatmungsgerätes sindleistungsfähig, spezifisch auf verschiedenen Einsatzbereiche optimiert und sie sindinnovativ: Es wird in der konventionellen maschinellen Beatmung auf absehbareZeit noch viel Neues mit klinisch relevantem Nutzen geben.

Das konventionelle Beatmungsgerät nimmt dabei naturgemäß primär die Problemeder Beatmung in Angriff, aber diese sind nur ein Teilbereich der Intensivmedizin.Den ersten Ansatz zu einer ganzheitlichen Lösung auf der Intensivstationpräsentierte Dräger bereits Mitte der achtziger Jahre mit der Entwicklung einesintegrierten Systems bestehend aus Infusions- und Spritzenpumpen, Beatmungs-und Überwachungsmodulen und einem zentralen Computer. Das System wurdeunter dem Namen Carena 1988 vorgestellt und fand in der klinischen Fachliteraturein großes Interesse (18). Zeitgleich wurde in der Anästhesie der integrierte Arbeits-platz Cicero vorgestellt.

Ziel bei der Entwicklung der Carena war es, die einzelnen Geräte der Intensiv-station in eine kompakte Geräteeinheit zu integrieren, die Anzeigen nach medizi-nischen Gesichtspunkten zu organisieren, die Bedienung auf einem zentralen Bild-schirm zusammenzufassen und die Anzeigen auf das notwendige Minimum zureduzieren. Die Carena hatte bereits eine Vernetzung der Komponenten in einemso genannten Local Area Network (LAN) und eine Datenverarbeitung in einem zen-

tralen Rechner, dem so genannten DataManager. Die Messwertdaten wurden insinnvollen Gruppen zusammengefasstund so präsentiert, dass auf einen Blickeine Abweichung aus dem Normbereicherkannt werden konnte. Außerdem ver-fügte die Carena über ein zentralesAlarmmanagement.

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Datenpräsentation der Carena


Im Gegensatz zum Anästhesie-Arbeitsplatzkonzept Cicero erfuhr die Carena jedochkeine kommerzielle Verbreitung. Ein Grund dafür mag gewesen sein, dass für die einzelnen Teilbereiche wie z.B. Beatmung und Überwachung verschiedene Hersteller beteiligt waren. Beim Cicero waren die Anästhesiemitteldosierung,Beatmung und Überwachung bereits Eigenentwicklungen aus dem Hause Dräger.Dort hatte man also nicht nur die Kompetenz für das Gesamtsystem, sondern auchdie Kompetenz für die Teilbereiche, und das scheint wohl eine zwingende Voraus -setzung für den Erfolg derartiger Systeme zu sein.

Carena. Integriertes Arbeitsplatzkonzept in der Intensivmedizin

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Vom Modul zum System Akutmedizin

Sowohl Carena als auch Cicero waren geschlossene Arbeitsplatzkonzepte. Dieeinzelnen Arbeitsplätze waren aber in Wirklichkeit nicht isoliert, sondern vielmehrwaren sie Teilbereiche eines Ganzen, der Akutmedizin. Innerhalb der Teilbereicheder Akutmedizin finden gleiche oder ähnliche Prozesse wie Überwachung undBeatmung statt und es arbeiten dort oft die selben Menschen.

Die Akutmedizin begleitet eine Prozesskette, die sich anschaulich mit dem Wegeines Patienten im Verlauf seiner Behandlung darstellen lässt. In einem verein-fachten Beispiel beginnt sie mit der Erstversorgung und der Aufnahme desPatienten im Krankenhaus. Nach einer allgemeinen Diagnostik schließt sichmöglicherweise ein chirurgischer Eingriff an, wobei die Prozesskette den OP undden Aufwachraum durchläuft. Darauf folgt die Behandlung auf der Intensivstationoder der Überwachungsstation, bevor der Patient nach weiterem Aufenthalt auf derPflegestation entlassen wird.

Durchläuft diese Prozesskette nun verschiedene Abschnitte mit starren Abteilungs-grenzen, dann treten allgemein diejenigen Probleme auf, die im Einzelnen bereitsauf den vorherigen Seiten für die Beatmung beschrieben wurden und an derenLösung sich die Carena und Cicero bereits versuchten, ohne dabei jedoch dieGrenzen der Arbeitsplätze zu überschreiten. Da ist zum einen die fehlende Stan-dardisierung und das lückenhafte oder unübersichtliche Informationsangebot.Hinzu kommen Engpässe und Wartezeiten beim Durchlaufen der Abschnitte.Möglicherweise haben die Abschnitte eine unterschiedliche Gestaltung des Arbeits-platzes, und wenn die Abschnitte räumlich weit voneinander getrennt sind, dannergeben sich die spezifischen Probleme des Patiententransportes.

Es stellt sich nun wiederum die Frage, die bereits für die Zukunft des konven -tionellen Beatmungsgerätes gestellt wurde: Können die konventionellen Geräte unddie Arbeitsplatzkonzepte innerhalb der gesamten Akutmedizin soweit optimiertwerden, dass sie standardisiert in der Bedienung sind und ein standardisiertesInformationsangebot zur Diagnose bieten, dass sie ergonomisch angeordnet werdenkönnen und dass sie das Risiko des Transportes minimieren? Und die Antwort istwiederum: Ja – mit großem Aufwand.


Bereiche der Akutmedizin: Operationssaal

Der größere Aufwand der Anpassung stellt sich dabei nicht nur in der Entwicklungder Geräte, der Mehraufwand zeigt sich auch in deren täglichen Einsatz. Und derAufwand zeigt sich in Kosten: zum einen in Investitionskosten und zum anderen inPersonalkosten.

Bereiche der Akutmedizin: Intensivstation

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Akutmedizin als Ganzes gesehen – Infinity®Acute Care System™

Das erste System, das sich nicht nur auf einzelne Modalitäten oder einzelne Arbeits-plätze innerhalb der Akutmedizin konzentriert, sondern einen Schritt weiter gehtund die gesamte Akutmedizin umfassen wird, ist das 2006 vorgestellte Infinity AcuteCare System (ACS). Die wesentlichen Leistungsmerkmale dieses Systems werdenIntegration, Standardisierung, Mobilität und zielführende Information sein.

Die Integration wird über alle Arbeitsplätze der Akutmedizin hinweg mit demMedical Cockpit erreicht werden können. In dieser zentralen Bedieneinheit werdenAnzeige- und Kontrollfunktionen von Patientenmonitoren, Therapieeinheiten unddem Krankenhaus-Informationssystem vereint sein. Dort werden künftig Vital-parameter und Therapieverläufe verfolgt sowie Befundbilder analysiert und zwarzentral – auf einem einzigen Monitor. Die Standardisierung innerhalb derAkutmedizin wird künftig auf verschiedenen Ebenen erreicht: Das Medical Cockpitvereinheitlicht die Bedienung der einzelnen Modalitäten, und Daten werden ineinem einheitlichen Erscheinungsbild präsentiert. Im gesamten System werdenstandardisierte Komponenten und ein standardisiertes System-Zubehör eingesetzt.

Die Mobilität wird künftig durch kontinuierliche Datenerfassung mit einemununterbrochenen Datentransfer zur Überwachungszentrale von Infinity ACSgewährleistet. Mobile Beatmungseinheiten werden für eine kontinuierliche Ver-sorgung des Patienten sorgen, und sie werden dabei das transportbedingte Risikominimieren. Parametereinstellungen werden beim Gerätewechsel automatischübernommen. Die Daten werden in zweckdienlichen Darstellungen und Bildern,den so genannten Smart Views, präsentiert. Der Patientenzustand wird dabeischnell und intuitiv erkannt werden – aus den Daten wird zielführendeInformation.

Neben den beschriebenen Leistungsmerkmalen wird sich Infinity ACS grund-sätzlich von allen vorherigen Ansätzen unterscheiden: es wird kein starres Systemsein, sondern es wird sich durch modulare Komponenten beliebig an die jeweiligenAnforderungen anpassen lassen. Und es wird mit den Anforderungen wachsenkönnen – es wird skalierbar sein.


Mit Einführung des Infinity ACS hundert Jahre nach dem ersten Pulmotor stellt sich nundie Frage nach dem zweiten Jahrhundert der Beatmung. Hier zeigt sich der Beginneiner neuen Ära. Das Konzept der konventionellen Beatmung mit dem klas sischenBeatmungsgerät wird eine Alter native bekommen mit der Integration der Beatmung inein System, welches die gesamte Akutmedizin grundsätzlich verändern kann.

Das zweite Jahrhundert der maschinellen Beatmung wird sicherlich weitere Fort-schritte in der Therapie und Überwachung bringen und die Entwicklungen der erstenhundert Jahre fortsetzen. In einem Gesichtspunkt jedoch beginnt die Geschichte wie -derum mit der „Stunde Null“, so wie damals mit dem Ur-Pulmotor: Die Geschichte derneuen Akutmedizin, bei der die Standardisierung, Harmoni sierung und Integration vonÜberwachung und Therapie allerhöchste Priorität haben, hat gerade erst begonnen.

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ED

Notaufnahme

IntensivOP

NeoIntensiv

OP

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NeoIntensiv

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Smart Pilot View Anesthesia

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Informationsmanagement

SmartApplications

Notaufnahme

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Intensiv 1

Intensiv 2

Neo Intensiv

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Beatmung

Anästhesie

Notfallbeatmung

Infinity® Medical Cockpit™

Infinity Acute Care System. Kontinuierliche Patientenversorgung über Abteilungsgrenzenhinweg. Standardisierter Versorgungsprozess ohne Unterbrechungen

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Literaturverzeichnis

1 Bahns E. (1995) BIPAP – Zwei Schritte nach vorn in der Intensivbeatmung.Dräger, Lübeck.

2 Baum M., Benzer H. (1993) Einsatz von Atemhilfen. In: Benzer H., Burchardi H., Larsen R., Suter P.M. (Hrsg.), Lehrbuch der Anaesthesiologie und Intensivmedizin. 405 – 437.

3 Baum M., Benzer H., Putensen Ch., Koller W., Putz G.(1989) Biphasic Positive Airway Pressure (BIPAP) – eine neue Form deraugmentierenden Beatmung. Anaesthesist 38: 452 – 458.

4 Burchardi H. (1993), Pathophysiologie der respiratorischen Störungen. In: Benzer H., Burchardi H., Larsen R., Suter P.M. (Hrsg.), Lehrbuch der Anaesthesiologie und Intensivmedizin. 335 – 349.

5 Colice G.L. (1994) Historical perspective on the development of mechanicalventilation. In: Tobin M.J. (Hrsg.), Principles and practice of mechanicalventilation. 1 – 35.

6 Dönhardt A. (1984) Beatmung mit der Eisernen Lunge. In: Lawin P., Peter K., Scherer R. (Hrsg.), Maschinelle Beatmung gestern – heute – morgen. 20 – 27.

7 Dräger H. (1917) Das Werden des Pulmotors, Drägerhefte Nr. 57/58. 495 – 496.

8 Dräger H. Lebenserinnerungen von Heinrich Dräger , Alfred Jansen,Hamburg (Erstdruck 1914).

9 Freytag K. (1970) Dräger Beatmungsgeräte. Drägerhefte Nr. 281 13 – 26.

10 Fürniß H. (1984) Vom Dräger Poliomaten zum Spiromaten. In: Lawin P., Peter K., Scherer R. (Hrsg.), Maschinelle Beatmung gestern – heute – morgen. 28 – 43.

11 Fürniß H. Hollmann F. (1955) Der Pulmotor in neuer Form, Drägerhefte Nr. 227.4867 – 4872.

12 Haase-Lampe W. (1923) Die Pulmotor-Frage im ReichsgesundheitswesenDrägerhefte Nr. 91.919 – 921.

13 Haase-Lampe W. (1924) Der Pulmotorstreit, Drägerhefte Nr. 99.1019 – 1022.

14 Haase-Lampe W. (1929) Pulmotor-Streit. Pulmotor-Nachrichten Nr. 1,Beilage der Drägerhefte.

15 Haase-Lampe W. (1930) Merkenswerte Wiederbelebungserfolge. Pulmotor-Nachrichten Nr. 4, Beilage der Drägerhefte.

16 Haase-Lampe W., Thiel K. (1946) Pulmotor – Sauerstoff-Wiederbelebungs-maschine für künstliche Beatmung, Antäus, Lübeck.

17 Hörmann Ch., Baum M., Putensen Ch., Mutz N. J., Benzer H. (1994)Biphasic Positive Airway Pressure (BIPAP) – ein neuer augmentierenderBeatmungsmode. European Journal of Anaesthesiology 11: 37 – 42.

18 Lawin, P. Opderbecke H.W. (1994) Organisation der Intensivmedizin. In: Lawin, P. (Hrsg.) Praxis der Intensivbehandlung S. 15 – 63.

19 Lellouche F, Mancebo J, Jolliet P, Roeseler J, Schortgen F, Dojat M, Cabello B,Bouadma L, Rodriguez P, Maggiore S, Reynaert M, Mersmann S andBrochard L. (2006) Am J Respir Crit Care Med 174: 894–900.

20 Putensen C, Mutz NJ, Putensen-Himmer G, Zinserling J (1999) Spontaneous breathing during ventilatory support improves ventilation-perfusion distributions in patients with acute respiratory distress syndrome.Am J Respir Crit Care Med, 159: 1241–1248.

21 Rozé J.C. Krüger T. (1997) Pressure Support Ventilation – eine neuegetriggerte Beatmungsform für Neonaten. Dräger, Lübeck.

22 Schröder H. (1913) Die Pulmotor-Organisation. Drägerhefte Nr. 15.140.

23 Schröder H. (1914) Dräger-Baby-Pulmotor. Drägerhefte Nr. 19.172.

24 Younes M. (1994) Proportional assist ventilation (PAV). In: Tobin M.J. (Hrsg.), Principles and practice of mechanical ventilation.349 - 369.

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Der Autor

Dr. Ernst Bahns, Jahrgang 1951, ist Physiologe und seit zwanzig Jahren bei Dräger tätig. Heute arbeitet er im Marketing des Unternehmensbereichs Medical. Zu den Schwerpunkten seiner Tätigkeit zählen die Aus- und Weiterbildung von Kunden und Mitarbeitern. Er verfasste bereits mehrere Beiträge zur klinischenAnwendung und Geschichte der Beatmung.

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Ab August 2015:Dräger Medical GmbH ändert sich in Drägerwerk AG & Co. KGaA.

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Mit dem Pulmotor fing es an Hundert Jahre maschinelle … · 2017-02-06 · 6 | Inhaltsverzeichnis Eine Geschichte von hundert Jahren 8 Die Geschichte der Beatmungstechnik 10 Die