DE102013109836B4

DE102013109836B4 - Atemmaske und Verfahren zur Analayse der Alveolarluft von Tieren sowie Anordnung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013109836B4
Application number: DE102013109836.3A
Authority: DE
Inventors: Carmen Klein; Sven Wietstock
Original assignee: fzmb Forschungszentrum fur Medizintechnik und Biotechnologie GmbH
Current assignee: fzmb Forschungszentrum fur Medizintechnik und Biotechnologie GmbH
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: DE102013109836A1

Abstract

Atemmaske für das Gewinnen von Alveolarluft von Tieren zum Zweck der Analyse der Atemgase und/oder flüchtiger Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemmaske (1) einen Anschluss für einen Gassensor (6) und einen Entnahmeanschluss (7) für die Atemluftprobe aufweist, wobei der Anschluss für den Gassensor (6) sowie der Entnahmeanschluss (7) unmittelbar nebeneinander liegend, ortsveränderbar und damit der individuellen Lage der Nasenöffnung und des Hauptexspirationsstromes anpassbar, auf einem im Maskenkörper (3) beweglichen Maskenteil angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft die Entnahme von Proben der Alveolarluft bei Säugetieren, insbesondere Pferden, Kamelen oder artähnlichen Tieren zum Zwecke der Analyse.
Die Zahl der für Sport- und Freizeitzwecke gehaltenen Tiere nimmt weltweit zu. Für diese Tiere werden von den Haltern medizinische Leistungen nach modernstem geräte- und verfahrenstechnischen Standard gefordert. Der hohe technische Entwicklungsstand macht auch den Einsatz völlig neuartiger diagnostischer Verfahren in der Veterinärmedizin möglich.
Stand der Technik
Insbesondere gibt es portable spektrometrische Geräte, die auch für die Analyse der Atemluft von Tieren verwendbar sind. Abweichend von der Situation beim Menschen wird die Gerätetechnik mittels Atemmaske an das Tier angepasst.
Es ist bekannt, dass mit der Atemluft neben den Atemgasen auch flüchtige und nicht flüchtige organische Verbindungen abgegeben werden. Bekannt ist zudem, dass diese Verbindungen beim Menschen für die Diagnostik von Erkrankungen als Marker genutzt werden können (u.a. WO 00/41623 A1 , WO 03/073935 A2 ).
Die Masken zur Entnahme der Alveolarluft sollen insgesamt einen kleinen Totraum aufweisen, wenn das Tier die Maske zum Zweck der Atemluftgewinnung trägt, um eine Vermischung der Totraumluft mit der Alveolarluft zu minimieren. Dazu können, wie in DE 10 2005 030 262 A1 dargestellt, Füllkörper zur Reduktion des Totraumes eingebracht werden.
In Toträumen der gerätetechnischen Ausrüstung findet eine Vermischung der ausgeatmeten Luft mit der Totraumluft statt, was zu einer Verdünnung und damit Verringerung der Konzentration potentieller Analyten führt. Wird die Ausatemluft erst nach Passieren dieses Totraumes für die Analyse entnommen, findet eine Verdünnung statt.
Die Erkennung der Alveolargasfraktion erfolgt anhand des Gehaltes der Ausatemluft an CO2 nach den bekannten wissenschaftlichen Publikationen von DuBois und Fowler 1952. Nach diesen folgt auf die Phasen I und II (Mischluftphase) das Alveolarplateau (Phase III), auf dem die Konzentration des CO2 nur noch geringgradig ansteigt. Spiegelverkehrt dazu verhält sich die Konzentration des O2 (2). Diese Erkenntnisse wurden für Apparaturen zur Sammlung der Alveolarluft vom Menschen unter Nutzung der CO2-Konzentration bereits verwertet (u.a. WO 03/050505 A2 ).
Aus der WO 2013/036839 A1 ist eine Atemmaske bekannt, die auch zur Analyse der Alveolarluft von Tieren geeignet ist. Die Atemmaske ist aber vordergründig für die Verabreichung eines Atemgases ausgebildet. Je nach gewählter Ausführungsform der Maske kann der Anschluss für die Gaszufuhr in mindestens zwei Freiheitsgraden verstellt werden.
Aufgabe
Es besteht daher die Aufgabe, bei einer Atemmaske zum Gewinnen von Alveolarluft den Einfluss von Toträumen in der Atemmaske zu verringern, da dies zu einem Vermischen der ausgeatmeten Luft mit der Luft im Maskentotraum führt. Weiterhin soll die Alveolarluft unter Minimierung der Einflüsse der in den Atemwegen vorhandenen Totraumluft gewonnen werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Atemmaske ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Da die ausgeatmete Luft direkt an der Nasenöffnung entnommen wird, kommt es nicht zu einer Vermischung dieser Luft mit der Luft im Maskentotraum. Das verdeutlichen die Ergebnisse einiger Parameter aus der Analyse der Kohlendioxid-Exspirogramme, die bei einer Gruppe von Pferden unter Nutzung von Atemmasken mit unterschiedlichen Entnahmestellen für die zu analysierende Atemluftprobe ermittelt wurden (1).
Die Atemluftfraktion, die direkt aus dem Bereich der Alveolen, d.h. den Strukturen, in denen direkt der Gasaustausch stattfindet, stammt, enthält dagegen potentielle Marker für Erkrankungen, aber auch für physiologische Zustände aus dem Gesamtorganismus des zu untersuchenden Individuum in höheren Konzentrationen.
Die Entnahme der Atemluftprobe erfolgt bei Menschen und bei Tieren, wenn ein Schwellenwert der Konzentration des CO₂ bzw. des O₂ über- oder unterschritten wird.
Für die Probenentnahme können bekannte Maskensysteme für Tiere genutzt werden, die zuvor jedoch erfindungsgemäß modifiziert werden. Die Modifikation betrifft die Platzierung des Gassensors und der Absaugöffnung für die Atemluftprobe direkt über der Nasenöffnung des Tieres. Für die individuelle Anpassung der Lage dieser beiden Objekte wird eine drehbar in der Maske eingebrachte Scheibe aus einem durchsichtigen Material vorgeschlagen.
Die Gaskonzentration und eventuell das geatmete Volumen können in Abhängigkeit von der Zeit oder die Gaskonzentration in Abhängigkeit vom Volumen online während der Probennahme verfolgt werden. Eine Optimierung der Position des Gassensors und der Ansaugöffnung für die Atemluftprobe gegenüber der Nasenöffnung des Tieres kann entsprechend der anatomischen Situation in Abhängigkeit von den online dargestellten Werten manuell erfolgen. Das Tier atmet dann direkt auf den Sensor und die Absaugöffnung aus.
Nach Erreichen einer bestimmten Gaskonzentration oder eines bestimmten Gradienten der Änderung der Gaskonzentration wird eine Pumpe angeschaltet, die ausgeatmete Luft aus dem Inneren der Maske entnimmt und dem Gasspeicher zuführt. Der Gasspeicher wird fortlaufend beladen, bis die Pumpe aufgrund des Erreichens einer bestimmten Gaskonzentration oder eines bestimmten Gradienten der Änderung der Gaskonzentration wieder ausgeschaltet wird.
Aus dem Gasspeicher wird die ausgeatmete Alveolarluft direkt in das Analysesystem entnommen. Auf diese Weise wird die Analyse von aus der Umgebung beigemischter Luft weitgehend vermieden und nur die vom Tier im Rahmen des Gasaustausches abgegebene Luft wird analysiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden im Folgenden näher beschrieben.
Die 1, 2 und 4 sollen nur dem Verständnis der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Atemmaske dienen.
1 zeigt ausgewählte Parameter aus der Analyse der Kohlendioxid-Exspirogramme, die bei einer Gruppe von Pferden unter Nutzung von Atemmasken mit unterschiedlichen Entnahmestellen für die Atemluftprobe ermittelt wurden. CO2 wird bei seitlicher Position der Probenahmestelle in der Maske beim Pferd in höherer Konzentration am Ende des Atemzuges gemessen, als das bei zentraler Position der Fall ist. Damit verbunden wird ein höheres Volumen des abgeatmeten CO2 gemessen.
2 zeigt ein O₂-Exspirogramm eines Pferdes, wobei auf der Abszisse das geatmete Volumen und auf der Ordinate die O₂-Konzentration in % dargestellt sind.
4 zeigt die Prinzipskizze einer Anordnung zum Durchführen der ebenfalls im Folgenden näher beschriebenen Alveolarluftentnahme.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Atemmaske dargestellt, deren Aufbau im Folgenden näher beschrieben wird.
Die erfindungsgemäße Atemmaske 1 besteht aus einem mittels Befestigungsgurt 2 am Tier befestigbaren Maskenkörper 3. An diesem ist die Überlauföffnung 4 ausgebildet. In der seitlichen Wandung des Maskenkörpers 3 ist die Drehscheibe 5 angeordnet, in welcher exzentrisch und unmittelbar nebeneinander der Anschluss für den Gassensor 6 und der Entnahmeanschluss 7 für die Atemluftprobe angeordnet sind. Aufgrund der Anordnung auf der Drehscheibe 5 ist die Position des Anschlusses für den Gassensor 6 und des Entnahmeanschlusses 7 hinsichtlich des Ortes veränderlich und der individuellen Lage der Nasenöffnung und damit des Hauptexspirationsstromes anpassbar. Vorteilhaft besteht die Drehscheibe 5 dazu aus einem durchsichtigen Material (3). Bei seitlicher Position der Absaugöffnung gegenüber einer Nasenöffnung wird CO2 besser nachgewiesen, als das bei zentraler Position der Absaugöffnung nach Passage der Atemluft durch den gesamten Maskentotraumes der Fall ist (1).
Eine Anordnung zur Analyse der Alveolarluft weist einen Gasspeicher 8 auf, der aus einer Probenschleife oder Adsorptionsröhrchen oder -nadeln oder geeigneten Sammelbehältern (Bags, Tanks, Flaschen) bestehen kann. Der Gasspeicher 8 wird entsprechend mit Alveolarluft gefüllt oder in den Speichern werden aus der Alveolarluft potentielle Analyten durch geeignete Adsorber zurückgehalten. Zur Vermeidung der Kondensatbildung ist der Speicher 8 beheizbar.
Nach dem Erreichen einer bestimmten durch den Gassensor 6 erfassten Gaskonzentration oder eines bestimmten Gradienten der Änderung der Gaskonzentration wird mittels der Signalverarbeitungs- und Ansteuerungseinheit 12 die Pumpe 9 eingeschaltet, welche die ausgeatmete Luft aus dem Inneren der Atemmaske 1 über die Absaugstrecke 11 entnimmt und dem Gasspeicher 8 zuführt. Der Gasspeicher 8 wird fortlaufend beladen, bis die Pumpe 9 aufgrund des Erreichens einer bestimmten Gaskonzentration oder eines bestimmten Gradienten der Änderung der Gaskonzentration wieder ausgeschaltet wird. Aus dem Gasspeicher 8 wird die gewonnene Alveolarluft direkt in das Analysegerät 10 überführt. Auf diese Weise wird die Analyse von aus der Umgebung beigemischter Luft weitgehend vermieden und nur die vom Tier 13 im Rahmen des Gasaustausches abgegebene Luft analysiert (4).
Das Vermeiden des Einflusses der in den Atemwegen befindlichen Totraumluft wird über die in Abhängigkeit von der Größe der Konzentration oder dem Gradienten der Konzentrationsänderung eines Atemgases getriggerte Entnahme der Fraktion, die aus den Alveolen stammt und für die Analyse der flüchtigen Verbindungen vorgesehen ist, erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Atemmaske
2: Befestigungsgurt
3: Maskenkörper
4: Überlauföffnung
5: Drehscheibe
6: Gassensor
7: Entnahmeanschluss
8: Gasspeicher
9: Pumpe
10: Analysegerät
11: Absaugstrecke
12: Signalverarbeitungs- und Ansteuereinheit
13: Tier

Claims

Atemmaske für das Gewinnen von Alveolarluft von Tieren zum Zweck der Analyse der Atemgase und/oder flüchtiger Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemmaske (1) einen Anschluss für einen Gassensor (6) und einen Entnahmeanschluss (7) für die Atemluftprobe aufweist, wobei der Anschluss für den Gassensor (6) sowie der Entnahmeanschluss (7) unmittelbar nebeneinander liegend, ortsveränderbar und damit der individuellen Lage der Nasenöffnung und des Hauptexspirationsstromes anpassbar, auf einem im Maskenkörper (3) beweglichen Maskenteil angeordnet sind.
Atemmaske nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Maskenteil als Drehscheibe (5) ausgebildet ist.