DE2343845B2 - Kuenstliche lunge - Google Patents

Description

Einführung des Gasstroms in das Sauerstoffanreiche- 55 Das venöse Blut kann dem Patienten durch eine rungsgerät geschieht unter vorgegebenen Temperatur- Pumpe 5 üblicher Bauart entnommen werden, z. B. und Feuchtigkeitsbedingungen. durch eine Schlauchpumpe oder durch eine mit einer

Ferner ist aus der US-PS 35 26 481 ein Sauerstoffen- rohrförmigen Membrane und einem Klappenventil reicherungsgerät für Blut mit Membranen bekannt, versehene Pumpe, die auch noch Balgpumpe genannt wobei beiderseits der Membrane eine flüssige Phase 60 wird.

zirkuliert und der Sauerstoff im aufgelösten Zustand als Das Blut wird in den Raum 3 eingeleitet, von wo aus

Wasserstoffperoxid eingeleitet wird. Damit nicht es von einer Pumpe 6 wieder aufgenommen werden dauernd frisches Wasser zugeführt werden muß, wird kann, die im allgemeinen von gleicher Bauart ist wie die das aus dem Anreicherungsgerät ausströmende Wasser- Pumpe 5 und das Blut in das Arteriennetz des Patienten Stoffperoxid zurück in einen Behälter geleitet, von dem 65 fördert.

aus es für die Wiederverwendung abgezogen wird. Es ist praktisch, das Blut im Raum 3 durch irgendeine

Eine mit gasförmigem Sauerstoff arbeitende künstli- bekannte Einrichtung auf einem Überdruck, d. h. auf

ehe Lunge kann mit mikroporösen, wasserabweisenden einem über dem Atmosphärendruck gelegenen Druck,

zu halten. Z. B. kann man den Durchsatz der Pumpe 6 dem im Raum 3 herrschenden Druck anpassen, indem au^f die Drehzahl (Schlauchpumpe) oder auf die Impulsfrequenz (Balgpumpe) oder noch auf das Austrittsvolumen (bei der einen oder anderen der obigen Pumpenarten) eingewirkt wird.

Der Raum 4 des Sauerstoffanreicherungsgeräts wird von einem Gasstrom durchströmt, dessen Druck zu jedem Zeitpunkt unter dem Druck des Bluts Hegt Da der Blutdruck im Raum 3 im allgemeinen größer als der Atmosphäreneruck ist, ist es bequem und aus Sicherheitsgründen vorzuziehen, den Gasstrom im Sauerstoffanreicherungsgerät auf einem Unterdruck zu halten, d. h. auf einem Druck, der unter dem Atmosphärendruck liegt

Hierfür genügt es, am Eintritt des Raums 4 eine Gasmischung mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck niedrigeren oder genau gleichen Druck hinzuzufügen und am Ausgang des Raums rrittels einer Vakuumpumpe oder jeder gleichwertigen Einrichtung, etwa einer Gasstrahldüse (Rohr), einen Unterdruck zu erzeugen.

Auf diese Weise saugt, wie in F i g. 1 gezeigt, eine Vakuumpumpe 7 Umgebungsluft über wenigstens eine Konditioniereinrichtung 16 an, die Luft auf die gewünschte Temperatur und den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt bringt, und saugt diese Luft dann über das Sauerstoffanreicherungsgerät 1 an. Es überquert die Luft am Ausgang des Sauerstoffanreicherungsgeräts von neuem das als Wärmetauscher arbeitende Geräi 16. Am Ausgang der Pumpe 7 wird die Luft dann in zwei Teile geteilt von denen der eine in die Atmosphäre ausgeschieden wird, während der andere durch den schematisch durch die Linie 19 dargestellten Rezirkulationskreislauf zum Sauerstoffanreicherungsgerät zu- rückgeschickt wird. Als Ansauggerät für im Sauerstoffanreicherungsgerät enthaltenes Gas wird eine Gasstrahldüse verwendet, die von einer Luftquelle oder von einer Quelle mit unter Druck stehenden oxidiertem Gas gespeist wird.

Die Fig.2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der künstlichen Lunge. Der Gaskreislauf enthält eine Quelle eines unter Druck stehenden, oxidierten Gases, z. B. eine mit einem Druckminderventil 9 versehene Flasche 8 mit komprimierter Luft oder komprimiertem Sauerstoff. Das Druckminderventil ist mit der Eintrittsöffnung für Antriebsströmungsmittel einer Gasstrahldüse 10 verbunden. Das Antriebsströmungsmittel wird auf einen Druck entspannt, der genau konstant ist und Ober dem Atmosphärendruck liegt für gewöhnlich zwischen 1,1 und 6 Bar absolut oder zwischen 2 bis 4 Bar absolut Der Verdünnungsfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen dem gesamten Gasdurchsatz am Ausgang der Strahldüse zum Durchsatz des Antriebsströmungsmittels wird im allgemeinen zwisehen 3 und 10 und zwischen 5 und 7 gewählt. Die GasstrahldOse kann einstufig oder zweistufig sein. Im allgemeinen reicht eine Stufe gut aus.

Da der Durchsatz des Antriebsgases im allgemeinen über dem Durchsatz des gesamten zum Blut geförderten Gases liegt muß der Gasüberschuß zur Atmosphäre hin durch einen Hilfsdurchflußmesser 12 mit sehr geringem Ladungsverlust gemessen werden.

Der Rezirkulationskreislauf besteht dann im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen: aus einem Haupt- durchflußmesser 13 und aus einer Einrichtung 18 zum Regeln der rezirkulierten Durchsatzmenge gegenüber der entwichenen Durchsatzmenge, aus einem Reiniger 14 (der z. B. Natriumkarbonat enthält) zum Festhalten des durch den Rezirkulationskreislauf mitgenommenen Kohlendioxidgases, evtl. aus einem Mischer 15 zum Einleiten von anästesierenden oder anderen Strömungsmitteln, aus einem Gerät 16 zum Konditionieren, Anfeuchten und Wechseln der Temperatur, aus einem automatischen Sicherheitsventil 17, das sich öffnet wenn der Druck des Gasstroms bis zum Atmosphärendruck ansteigt und das z. B. in der Nähe des Eintritts 11 der Ansaugöffnung der Strahldüse angeordnet ist, und aus Anschlußrohren, die diese verschiedenen Geräte untereinander verbinden.

Das Sauerstoffanreicherungsgerät ist mit Membranen versehen, die für Gas durchlässig sind, d.h. durchlässig für die Atemgase und undurchlässig für Flüssigkeiten im allgemeinen und insbesondere für Blut. Als Membranen können mikroporöse Membranen mit einem Porendurchmesser im allgemeinen unterhalb 03 μ verwendet werden. Sie sind wasserabstoßend oder imprägniert Im Blutkreislauf können Schlauchpumpen verwendet werden, die die Blutgerinnung sehr wenig fördern. Die vom Blut durchflossenen Kanäle bestehen im allgemeinen aus Silikonelastomerarten, die für gewöhnlich für außerhalb des Körpers verwendete Blutkreisläufe verwendet werden und die z. B. innen mit einem ungefüllten und bei konstantem Volumen ausgehärteten Silikonelastomer überzogen sind.

Die Durchflußmesser 12 und 13 können von jeder bekannten Bauart sein: mit Schaufeln, mit Schwimmer usw. Als Regeleinrichtung 18 für die rezirkulierte Gasdurchsatzmenge wird im allgemeinen ein Schieber oder ein Ventil bekannter Bauart verwendet z. B. ein Nadelventil. Die Kenntnis der rezirkulienen Durchsatzmenge gestattet eine Nährungsberechnung des Verd· · nungsverhältnisses der Gasstrahlpumpe, wobei die dem Blut übertragenen oder ihm entzogenen Durchsatzmengen gegenüber den Durchsatzmengen in den Durchflußmessern 12 und 13 vernachlässigt werden können.

Eine Patrone 14 mit Natriumkarbonat hält das Kohlendioxklgas fest Der Inhalt dieser Patrone beträgt im allgemeinen zwischen 03 und 3 dm³. Da es von Nutzen ist, die Menge des festgehaltenen Kohlendioxidgases zu kennen, wird dem Natriumkarbonat ein z. B. farbiger Sättigungsindikator zugegeben. Durch eine durchscheinende Wand der Patrone kann die Verschiebung der Tönung des Indikators beobachtet werden entsprechend der fortschreitenden Sättigung des Natriumkarbonats durch das Kohlendioxidgas.

Als Gerät 15 zum Einführen einer flüssigen oder gasartigen Phase in die Gasmischung können verschiedene bekannte Geräte verwendet werden, etwa ein Zerstäuber, eine Mischdüse, ein Rührwerk, ein Verdampfer usw.

Aufgrund der Gasstrahldüse arbeitet das Konditioniergerät 16 wie ein Wärmetauscher, der stromaufwärts von den Gasströmen und stromabwärts von den Strömen des Sauerstoffanreicherungsgeräts durchströmt wird. Das Konditioniergerät enthält einen vom stromaufwärts gelegenen Strom (zum Sauerstoifanreicherungsgerät) durchquerten Befeuchter und einen vom stromabwärts gelegenen Strom durchquerten Kondensator. Das Gerät ist zum Ausschalten praktisch allerWärmeverluste an die Umgebung wanne iso'e:

Sollte der Gasstrom im Sauerstoffanreicherungsgerät dazu neigen, sich mit durch die Membrane gedrungenem Wasserdampf des Bluts aufzuladen, so ist es nötig, den versorgenden Gasstrom zu befeuchten, um für den Patienten übermäßige Wasserverluste zu vermeiden.

Als Befeuchter kann jedes bekannte Gerät verwendet werden, z. B. ein Gerät mit zum Teil eingetauchten Mehrfachscheiben, die sich längs um eine im Inneren eines geschlossenen Behälters, z. B. des in F i g. 3 gezeigten, angeordnete waagerechte Achse drehen.

Dieser Befeuchter enthält eine waagerechte Achse 20, die einen Stapel von senkrechten Scheiben 21 und 22 trägt, die als Umlenkbleche angeordnet sind und den Gasstrom zwingen, ihre seitlichen Flächen zu umspulen. Diese Anordnung wird langsam drehend von einem in einem zylindrischen, dicht verschlossenen Gehäuse 34 angeordneten Motor 33 angetrieben. Das Gehäuse 34 ist mit einem Eintrittsrohrstutzen 25 und einem Austrittsrohrstutzen 26 für den Gasstrom versehen sowie mit einem seitlichen Rohr 27 zum Füllen und zur Kontrolle der Flüssigkeitshöhe im Gehäuse.

Der Kondensator wird von der Seitenwand des Gehäuses begrenzt, die mit labyrinthartig durchlöcherten Rippen versehen ist, zum Verbessern des Wärmeaustausches mit dem Befeuchter, und wird begrenzt von einer Umfangseinfassung 29. Diese Einfassung ist mit Eintritts- und Austrittsrohrstutzen 30 bzw. 31 für den aus dem Sauerstoffanreicherungsgerät austretenden Gasstrom sowie mit einem Ablaßrohr 32 für das Kondensat versehen.

Der Kondensator gestattet eine Rückgewinnung der im aus dem Sauerstoffanreicherungsgerät austretenden Dampf gespeicherten Wärme und vermindert die sich später im Reiniger 14 absetzende Wassermenge.

Die das Konditioniergerät 16 mit dem Sauerstoffanreicherungsgerät 1 verbindenden Rohrleitungen sind wärmeisoliert oder mit einer Heizeinrichtung 23 und 24 bekannter Bauart versehen, zum Vermeiden jeglicher Kondensation an ihrer Oberfläche, zum Ausgleichen der Abkühlung aufgrund der Entspannung des Antriebsgases und gegebenenfalls zum Anheben der Temperatur der sie durchströmenden Gasmischung um einige Grad. Es können z. B. in die Wand der aus Silikonelastomer bestehenden Rohre eingelassene, elektrische Widerstandsdrähte verwendet v/erden.

Der Befeuchter wird von einem Gasstrom gespeist, dessen Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur und zwischen 20 und 3O⁰C liegt. Dieser Gasstrom wird bei der, aufgrund der vom Kondensator gelieferten Wärmemenge, im Befeuchter erreichten Temperatur mit Feuchtigkeit gesättigt. Das Heizgerät 23 gestattet der Gasmischung, das Sauerstoffanreicherungsgerät mit einer Temperatur in der Nähe von 37⁰C zu erreichen. Die Gasmischung sättigt sich im Sauerstoffanreicherungsgerät mit Feuchtigkeit und bleibt auf einer genau konstanten Temperatur. Das Heizgerät 24 vermeidet am Ausgang des Sauerstoffanreicherungsgeräts jede Kondensation in der das Sauerstoffanreicherungsgerät mit dem Kondensator verbindenden Rohrleitung. Im Kondensator gibt die Oasmischung ihre Wärme ab, um genau die Temperatur zu erreichen, die sie am Eintritt des Befeuchters hatte, nämlich etwa 20 bis 3O⁰C

Anstatt mit Scheiben mit labyrinthartigen Durchlöcherungen kann das Konditionlergerät mit schraubenförmigen Trennwänden versehen werden, deren unterer Teil ein ausreichendes Spiel hat für die Zufuhr oder Entleerung der enthaltenen Flüssigkeiten.

Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es wird ein Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut verwendet, das aus einem Stapel ebener, mikroporöser Membranen besteht mit einer Nutzfläche von 1 m² und mit Zwischenlagen. In Berührung mit der Membrane bildet das Blut einen Film in der Dicke von 0.1 bis

ίο 0,5 mm. Das Blut bewegt sich mit Hilfe von zwei Schlauchpumpen von der vena cava inferior zur arteria femuralis des Patienten. Die beiden mit Silikonelastomerrohren versehenen Pumpen drehen sich mit einer Drehzahl von 35 U/min und halten das Blut im

is Sauet Stoffanreicherungsgerät auf einem verhältnismäßig mittleren Druck zwischen 50 und 200 mm Hg.

Als antreibendes, gasförmiges Strömungsmittel wird komprimierter Sauerstoff verwendet, der auf 3 Bar entspannt wird. Der Sauerstoff setzt seine Entspannung über eine einstufige Strahldüse mit einer Förderleistung von 1,5 mVh fort. Der Sauerstoff wird zum größten Teil wieder über einen geschlossenen Kreislauf gemäß Fig.2 umgewälzt. Der Verdünnungsgrad beträgt zwischen 5 und 7. Die rezirkulierte Durchsatzmenge wird mit Hilfe eines Flügelraddurchflußmessers und die entwichene Durchsatzmenge mit Hilfe eines mit einer Kugel arbeitenden Durchflußmessers gemessen. Im Rücksaugkanal ist in Nähe der Strahldüse ein Ventil angeordnet, das sich bei einem 3 p/cm² übersteigenden Druck zur Atmosphäre hin öffnet. Es hat keine Rückholfeder und muß bei Betriebsbeginn und im Fall einer Störung von Hand zurückgestellt werden.

Das rezirkulierte Gas überquert vor dem Erreichen des Sauerstoffanreicherungsgeräts nacheinander eine mit einem farbigen Indikator (Methylrot) versehene Natriumkarbonatpatrone, einen anästesierenden Verdampfer nach Goldmann und das Konditioniergerät.

Der Befeuchter besteht aus 13 Scheiben mit abwechselnden Durchmessern von 148 und 138 mm, die sich mit 5 U/min drehen und zu 10% in Wasser eintauchen. Der Umfangskondensator hat 13 Rippen mit Durchmessern von 154 und 198 mm und mit labyrinthartig angeordneten öffnungen.

Ist eine gleichbleibende Leistung erreicht, so läuft das Blut mit einer Durchsatzmenge von 1,0 l/min um. Es tritt in das Sauerstoffanreicherungsgerät mit einem Sättigungsgrad an Oxyhämoglobin von 65% ein und tritt mit einem Sättigungsgrad von 90% aus entsprechend einem Sauerstoffübergang von 45 ml/min bei Normalzustand (TPN).

In gleicher Weise ist festzustellen, daß das Blut in das Sauerstoffanreicherungsgerät mit einem Partialdruck des Kohlendioxidgases von SO Torr eintritt und bei einem Übergang an Kohlendioxidgas von 70 ml/min mit

SS einem Partialdruck von 40 Torr austritt

Der Verbrauch an Antriebsgas beträgt 120 l/h bei Normalzustand (TPN), während die aufgebrachte Wärmeenergie 1 kcal/h beträgt Diese letzteren Zahlen zeigen die Wirtschaftlichkeit der künstlichen Lunge

nach der Erfindung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι * Membranen ausgestattet werden, die dank ihrer Patentansprüche: erhöhten Gasdurchlässigkeit das Entweichen von

1. Künstliche Lunge mit einem Sauerstoffen- zufällig in das Blut eingeführten Gasblasen gewahrlei. reicherungsgerät für Blut, das durch eine Membrane stet Ist die künstliche Lunge in anderer Weise mit nicht in zwei Räume geteilt wird, von denen der erste vom 5 mikroporösen Membranen ausgestattet, z. B. mn Mem-Blut und der zweite von einem den Sauerstoff branen aus Sihkonelastomer, so gestattet sie, daß hier

. enthaltenden Gasstrom durchströmt wird, der mit Mikroperforierungen zugelassen werden. Diese werden,

einer vorgegebenen Temperatur von einem vorge- anstatt den Gasblasen einen Zutritt zu geben, vom Blut

gebenen Feuchtigkeitsgehalt eingeleitet wird, und (dessen Druck höher als derjenige des Gases ist)

mit einer Einrichtung, welche den Blutdruck im io verstopft

Sauerstoffanreicherungsgerät größer als den Atmo- Bekanntlich muß das Sauerstoffanreicherungsgerät

sphärendruck halt, dadurch gekennzeich- durch Zufuhr eines Gases ausgespült werden, das um

η e t, daß die künstliche Lunge eine Einrichtung zur das Mehrfache höher oxidiert ist als dasjenige Gas, das

Rezirkulation wenigstens eines Bruchteils des theoretisch für eine Rückoxidierung des Bluts nötig

Gasstromes und eine Einrichtung aufweist, welche 15 wäre, da es die Beseitigung des Kohlendioxidgases

diesen Bruchteil im Sauerstoffanreicherungsgerät erfordert, daß der Partialdruck in der Gasphase viel

auf einem niedrigeren Druck als Atmosphärendruck schwächer ist als in der Blutphase. Darüber hinaus muß

hält das Gas auf eine geeignete Temperatur und einen

2. Künstliche Lunge nach Anspruch 1 mit einem geeigneten Feuchtigkeitsgehalt gebracht werden, was Ausflußkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß eine 20 einen verhältnismäßig hohen Energieaufwand zur Folge Gasstrahldüse vorgesehen ist, die an eine Sauerstoff- hat

gasquelle angeschlossen ist. welche unter einem Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine

höheren Druck als Atmosphärendruck steht. wirtschaftliche künstliche Lunge zu schaffen, die alle

3. Künstliche Lunge nach Anspruch 1 oder 2. genannten Vorteile einer künstlichen Lunge aufweist dadurch gekennzeichnet, daß das Konditioniergerät 25 und beim Konditionieren des verwendeten Gases eine aus einem Befeuchter des Gasstromes besteht, daß Energieersparni* mit sich bringt.

dieser Befeuchter Mehrfachscheiben aufweist, die Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

teilweise eingetaucht sind und sich um eine daß die küns:liche Lunge eine Einrichtung zur waagerechte Achse drehen sowie im Wärmeaus- Rezirkulation wenigstens eines Bruchteils des Gasstrotausch mit einem Kondensator stehen, der von den 30 mes und eine Einrichtung aufweist, welche diesen vom Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut austre- Bruchteil im Sauerstoffanreicherungsgerät auf einem tenden Gasen durchströmt wird. niedrigeren Druck als Atmosphärendruck hält.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen wiedergegeben.

35 Im folgenden wird mit Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut oder kürzer Sauerstoffanreicherungsgerät jedes

Die Erfindung betrifft eine künstliche Lunge mit Übergangsgerät für Atemgase bezeichnet, das insbesoneinem Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut, das durch dere dem Blut Sauerstoff zuführen und dem Blut eine Membrane in zwei Räume geteilt wird, von denen Kohlendioxid entziehen kann.

der erste vom Blut und der zweite von einem den 40 Die Erfindung wird nachstehend anhand der beige-Sauerstoff enthaltenden Gasstrom durchströmt wird, fügten Zeichnungen und eines bevorzugten Ausfühder mit einer vorgegebenen Temperatur und einem rungsbeispiels näher erläutert, vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalt eingeleitet wird, und F i g. 1 ist eine Prinzipskizze der künstlichen Lunge,

mit einer Einrichtung, welche den Blutdruck im Fig.2 ist ein Teilausschnitt einer bevorzugten

Sauerstoffanreicherungsgerät größer als den Atmo- 45 Ausführungsform der künstlichen Lunge, sphärendruck hält. F i g. 3 zeigt in einer Seitenansicht eines Axialschnitts

Durch den Artikel von KοIobow,veröffentlicht 1969 das Gasstromkonditioniergerät.

in Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs, BD. XV, S. 172 Das Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut 1 nach

bis 177, ist eine künstliche Lunge bekanntgeworden mit Fig. 1 enthält wenigstens eine Membrane, die für Blut einem durch eine Membrane in zwei Räume geteilten 50 und Wasser undurchlässig und für Gase, insbesondere Sauerstoffanreicherungsgerät für Blut Dabei wird der Sauerstoff, Kohlendioxyd und Wasserdampf, durchläseine Raum vom Blut mit einem Überdruck und der sig ist. Diese Membrane trennt einen vom Blut andere Raum von einem Sauerstoff enthaltenden durchflossenen, ersten Raum 3 von einem Sauerstoff Gasstrom mit einem Unterdruck durchströmt. Die enthaltenden Gasstrom.