DE2430875C3 - Atemluftanfeuchter für Beatmungsvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Atemluftanfeuchter für Bcatmungsvorrichtungen mitOberflächenverdunstung.

Bei der künstlichen Beatmung von Patienten mit Hilfe einer Intubation, aber auch bei der Spontanatmung von tracheotomierten Patienten, gelangt die Atemluft nicht mehr durch den Hals- Nasen- Rachenraum, sondern direkt in die Bronchien. Dadurch, daß der Hals-Nasen-Rachenraum von der Atemluft nicht mehr berührt wird, kann die Atemluft nicht mehr ausreichend angewärmt und angefeuchtet werden. Die Folge ist ein Austrocknen der Atemluftwege mit Gefährdung der Funktion des Flimmer-Epithels.

Um die Austrocknung der Atemluftwege zu verhindern, ist es bekannt Atemluftanfeuchter vorzusehen. Sie sollen die Einatemluft möglichst auf Körpertemperatur erwärmen und dabei bis auf einen Wert von möglichst 100 % relativer Feuchte bringen.

Die bekannten Atemluftanfeuchter besitzen fast alle den wesentlichen Nachteil, daß das in ihnen verdunstende Wasser das Leerraumvolumen auf der Einatemseite vergrößert Durch die nicht zu vermeidende Kompression beim Einatemdruck, der bis zu 120 mm/WS betragen kann, kann es z. B. bei der Beatmung von Kleinkindern zu einer bereits kritischen Einatemvolumendifferenz zwischen Beatmung mit oder ohne Wasservorrat im Anfeuchter von etwa 20 % kommen.

Unterteilt nach dem prinzipiellen Aufbau sind die im folgenden beschriebenen Atemluftanfeuchter bekannt:

Bei den Sprudlern wird die Einatemluft durch das erwärmte Wasser, das die Luft anfeuchten soll, geführt. Mitgerissene Wassertröpfchen werden von über der Wasseroberfläche befindlichem Granulat festgehalten. Nachteilig bei den Sprudlern ist, daß sich das kompressible Volumen mit der Wasserfüllmenge ändert. Darüber hinaus baut das Gerät so groß, daß es nicht kurz vor dem Mund des Patienten angeordnet werden kann. In langen Zuführungsleitungen kühlt die Luft aber ab. Dadurch wird ein Teil der in der Einatemluft enthaltenen Feuchtigkeit kondensieren. Das Kondensat muß durch entsprechende Maßnahmen vom Patienten ferngehalten werden. (Cascade-Humidifier der Firma Bennet, Santa Mario, Californien, 1971).

Die Anfeuchter mit einem Docht arbeiten ähnlich wie die Sprudler auch ils Oberflächenanfeuchter. Durch den Docht wird die Luft jedoch nicht so innig mit dem Wasser in Berührung gebracht. Sie streicht an angefeuchteten Dochten vorbei, die angewärmtes Wasser aus einem Vorratsbehälter ansaugen. Diese Luftanfeuchter besitzen die gleichen Nachteile wie die Sprudler. Da sie jedoch kleiner gebaut werden können, kann man sie dichter zum Patienten hin anordnen. Die Probleme der Kondensation werden dadurch günstiger, andererseits ist eine ausreichende Anfeuchtung der Atemluft jedoch problematischer.

Ein weiterer Luftanfeuchter benutzt eine Heißdampfinjektion in dem Einatemluftstrom. Zur Herstellung des heißen Dampfes befindet sich in dem Anfeuchter eine geheizte Platte, auf der eine einstellbare Wassermenge zum Verdampfen gebracht wird. Der entstandene Wasserdampf gelangt in das Einatemluftsystem und befeuchtet und erwärmt diese. Luftanfeuchter nach diesem System kann man sehr klein bauen.

Daher ist die Kondensation nicht problematisch. Schwierig ist jedoch die Einstellung der richtigen Wassefmenge zur Atemluftanfeuchtung. Bei geringer Atemvötumina kann es dadurch zu Überhitzungen, bei zu großer Atemminutenvolumina aber auch zu nicht ausreichender Anfeuchtung und zu niedrigen Temperaturen kommen.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Atemluftanfeuchter, in dem das kompressible Volumen unabhängig vom Wasserverbrauch konstant bleibt und der so klein gebaut werden kann, daß er zur Vermeidung von

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Kondensation nahe am Patienten in die Einatemluftzufuhr eingeschaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdunstungsfläche dur± eine wasserundurchlässige, aber wasserdampfdurchlässige Folie gebildet ist die auf der einen Seite mit warmem Wasser beaufschlagt ist, und an deren anderer gasbeaufschlagten Seite das anzufeuchtende Gas «orbeiströmt

Mit dieser Lösung werden die physikalischen Väs'gänge in einem Hak-Nasen-Rachenraum nachgebildet Ober eine große oberfläche tritt das verdunstete Wasser in den vorbeiströmenden Einatemluftstrom ein. Gleichzeitig wird dieser auf die Wassertemperatur erwärmt. Die für die Verdunstung und die Erwärmung der Atemluft notwendige Wärmemenge kann ohne Schwierigkeiten aus dem Wasser entnommen werden. In vorteilhafter Weise wird die für die Anfeuchtung der Einatemluft notwendige Wassermenge ohne Veränderung des kompressiblen Leerraumvolumens dem Wasservorrat entnommen.

In Ausbildung der Erfindung besteht die Folie entweder aus einem hydrophoben oder hydrophobierten Material mit einer Makroporosität oder aus einem hydrophilen Material mit einer Mikroporosität.

Beide Folienmaterialien trennen das Wasser von dem mit Wasserdampf anzureichernden Einatemluftstrom. Das warme Wasser befindet sich dabei in enger Berührung mit der dem Wasser zugekehrten Seite der Folie. Es fließt aber nicht durch die Folie hindurch. Das bei der Verdunstung als Wasserdampf hindurchtretende Wasser tritt in den vorbeiströmenden Einatemluftstrom ein und erhöht dessen Feuchtigkeit. Eine Änderung des Leerraumvolumens findet dabei nicht statt. Das verdunstete Wasser wird auf der Wasserseite der Folie kontinuierlich aus dem Wasservorrat ersetzt.

In A jsgestaltung der Erfindung ist die Verdunstungsfläche in einem Behälter angeordnet, wobei an der wasserbeaufschlagten Seite die Umkehrung eines thermostatisch geheizten Warmwasserkreislaufes erfolgt, der in einem Vorratsbehälter beginnt und endet, während die gasbeaufschlagte Seite in den Einatemluftstrom, der durch die Einatemleitung fließt, eingeschaltet ist. In dem Warmwasserkreislauf kann eine Wasserpumpe enthalten sein; es kann der Warmwasserkreislauf auch durch eine Wärmequelle in der Wasserablaufleitung ei zeugt werden. Durch diese Anordnung können der Atemluftanfeuchter und der notwendige Wasservorrat räumlich voneinander getrennt angeordnet sein. Der Atemluftanfeuchter kann sehr nahe. z. B. an den Mund des Patienten herangebracht werden. Damit wird die Einatemluftleitung hinter dem Lufnnfeuchter sehr kurz, so daß eine Abkühlung und daraus folgende ungewünschte Kondensation und damit eine erneute Trocknung der Atemluft verhindert wird.

Zur sicheren Funktion der Beatmungsvorrichtung ist es vorteilhaft, den Vorratsbehälter so anzuordnen, daß der Druck des Wassers auf die Verdunstungsfläche größer ist als der maximale Druck im Einatemluftstrom. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Verdunstungsfläche während des ganzen Einatmungsvorgan_fees immer voll mit Wasser beaufschlagt und daher die Verdunstung optimal ist

Aus Gründen der Raumersparnis können statt des statischen Wasserdruckes zwei miteinander gekuppelte Rückschlagventile vorhanden sein, die den Wasserkeislauf in der Wasserzulaufleitung zum Atemluftanfeuchter und der Wasserablaufleitung, vom Druck im Einatemluftstrom gesteuert, unterbrechen.

Einer möglichst großen Verdunstungsleistung des Atemluftanfeuchters dient die eine große Räche ermöglichende Anordnung der Verdunstungsfläche in Sternform. Dabei ist die wasserbeaufschlagte Seite der inneren Behälterwand zugekehrt

Zur weiteren Verbesserung kann die gasbeaufschlagte Seite der Verdunstungsfläche mit Turbulenzeinrichtungen versehen sein. Dadurch werden die feuchten Grenzschichten noch besser vom Einatemluftstrom erfaßt

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann eine den Einatemluftstrom hinter der Verdunstungsfläche und unabhängig von dieser durchsetzende Folie gleichen Materials wie die Folie der Verdunstungsfläche dienen.

Ein Alisführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Atemluftanfeuchter in der Beatmungsvorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt des Behälters und der Verdunstungsfläche,

Fig.3 die Anordnung der Rückschlagventile im Wasserkreislauf.

Der Patient ist über die Einatemleitung 1 und die Ausatemleitung 2 an das Beatmungsgerät 3 angeschlossen. In die Einatemleitung 1 ist der Atemluftanfeuchter 4 eingeschaltet Dieser enthält in dem Behälter 5 eine Verdunstungsfläche 6. Der Raum zwischen der Behälterinnenwand und der Verdunstungsfläche, der mit Wasser gefüllt ist ist durch die Wasserzulaufleitung 7 und die Wasserablaufleitung 8 mit dem Vorratsbehälter 9 verbunden. Durch die Pumpe 10 wird das Wasser durch das System im Kreislauf bewegt. In dem Vorratsbehälter 9 wird das Wasser mittels der Heizung 11 und dem Thermostat 12 auf eine vorbestimmte Temperatur, vorzugsweise 36° C, aufgeheizt und gehalten. Der Trockengehschutz 13 verhindert durch Warnung oder Steuerung ein zu tiefes Absinken des Wasservorrates. Das Material, aus dem die Verdunstungsfläche 6 gebildet ist ist wasserundurchlässig, gegenüber dem Wasserdampf jedoch durchlässig.

Das verdunstete Wasser gelangt mit dem Einatemluftstrom der durch die Einatemleitung 1 zugeführt wird, und in den es beim Vorbeiströmen entlang der Innenseite der Verdunstungsfläche 6 eintritt, über das Y-Stück 14 zum Patienten. Das unverdunstete Wasser fließt im Kreislauf in den Vorratsbehälter 9 zurück. Durch den Kreislauf ist sichergestellt, daß der Atemluftanfeuchter 4 immer mit Wasser der gewünschten Temperatur durchströmt wird. Der Atemluftanfeuchter 4 ist direkt vor dem Y-Stück und damit nahe dem Patienten angeordnet. Eine Abkühlung der Einatemluft mit entsprechender Kondensation ist verhindert.

Durch die Anordnung des Vorratsbehälters 9 über dem Atemluftanfeuchter 4 ist sichergestellt, daß auch bei dem maximalen Einatmongsdruck von etwa 120 mm/WS das Wasser an der Verdunstungsfläche 6 steht. Die sternförmige Anordnung der Verdunstungsfläche 6 in F i g. 2 ergibt eine Vergrößerung der Fläche, aus der eine entsprechende Verdunstungsmenge resultiert.

Es ist auch möglich, statt des statischen Wasserdrukkes auf der Verdunstungsfläche 6 Rückschlagventile im Wasserzulauf und Wasserablauf zu verwenden.

Die Fig.3 zeigt die Anordnung der gekoppelten Rückschlagventile 15 und 16 in der Wasserzulauf- 7 bzw. Wasserabiaufleitung 8. Durch die Membran 17, durch

die die Kopplungsstange 18 geführt ist, sind die beiden Wasserleitungen voneinander getrennt Durch den Einatmungsdruck, der sich über die Verdunstungsfläche 6 in das Wasser überträgt, werden die Rückschlagventile 15 und 16 geschlossen und damit der Wasserkreislauf unterbrochen. In der Ausatmungsphase mit dem niedrigen Druck werden sie wieder geöffnet, so daß der Atemluftanfeuchter 4 wieder mit erwärmtem Wasser versorgt werden kann. Der Druck der Pumpe 10 ist so

niedrig ausgelegt, daß er die Funktion der Rückschlag ventile 15 und 16 nicht verhindert.

Eine zusätzliche Folie aus dem gleichen Material wi< die Folie der Verdunstungsfläche 6 und hinter dieser it der Einatmungsleitung 1 angeordnet, ist eine Sicher heitsmaßnahme. Sie verhindert nach einer Undichtig keit in der Verdunstungsfläche 6 das Eindringen vor Wasser in die Atemwege des Patienten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Atemluftanfeuchter für Beatmungsvorrichtungen mit OberfJächenverdunstüng, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdunstungsfläche (6) durch eine wasserundurchlässige, aber wasserdampfdurchlässige Folie gebildet ist, die auf der einen Seite mit warmem Wasser beaufschlagt ist und an deren anderer gasbeaufschlagten Seite das anzufeuchtende Gas vorbeiströmt

2. Atemluftanfeuchter nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet daß die Folie aus einem hydrophoben oder hydrophobierten Material mit einer Makroporosität besteht. '5

3. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Folie aus einem hydrophilen Material mit einer Mikroporosität besteht

4. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdunstungsfläehe (6) in einem Behälter (5) angeordnet ist und daß an der wasserbeaufschlagten Seite die Umkehrung eines thermostatisch geheizten Warm Wasserkreislaufes erfolgt, der in einem Vorratsbehälter (9) beginnt und endet während die gasbeaufschlagte Seite in den Einatemluftstrom, der durch die Einatemleitung (I) fließt,eingeschaltet ist.

5. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserkreislauf eine Wasserpumpe (10) enthält.

6. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserkreislauf durch eine Wärmequelle in der Wasserablaufleitung (8) erzeugt wird.

7. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wassers auf die Verdunstungsfläche (6) größer als der maximale Druck im Einatemluftstrom in der Einatemleitung (1) ist.

8. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander gekoppelte Rückschlagventile (15,16) den Wasserkreislauf in der Wasserzulaufleitung (7) zum Atemluftanfeuchter (4) und der Wasserablaufleitung (8) vom Druck im Einatemluftstrom gesteuert, unterbrechen.

9. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verdunstungsfläche (6) in Sternform angeordnet ist und die wasserbeaufschlagte Seite der inneren Behälterwand zugekehrt ist.

10. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gasbeaufschlagte Seite der Verdunstungsfläche (6) mit Turbulenzeinrichtun^en versehen ist.

11. Atemluftanfeuchter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einatemleitung (1) hinter der Verdunstungsfläche (6) und unabhängig von dieser durch eine Folie (19) aus dem gleichen Material wie die Verdunstungsfläche (6) durchwetzt ist.