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Anordnung zur Messung und zeitgenauen Registrierung der Zusammensetzung
menschlicher Ausatmungsluft Zur Messung und Registrierung der Kohlendioxydkonzentration
bzw. Sauerstoffkonzentration in der menschlichen Ausatmungsluft eignen sich grundsätzlich
alle auf C02 bzw. 02 ansprechenden Gasanalysegeräte. Eine wichtige Bedingung für
eine zeitlich genaue Registrierung des Konzentrationsverlaufes an Kohlendioxyd oder
Sauerstoff während der einzelnen Ausatm.ungsphasen ist eine möglichst trägheitslose
Anzeige des verwendeten Gerätes. Besonders geeignet für den angegebenen Zweck sind
Geräte, die auf der Messung der Wärmeleitfähigkeit bzw. den magnetischen Eigenschaften
des zu analysierenden Gases beruhen, sowie Geräte, die nach dem Prinzip der Absorption
von Infrarotstrahlung arbeiten.
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Zur Registrierung der Zusammensetzung der menschlichen Ausatmungsluft
innerhalb der einzelnen Atmungsphasen lassen sich solche Gasanalyse:geräte auf zwei
Arten benutzen. Das Meßgerät kann an die Atmungswege der Versuchsperson direkt angeschlossen
werden, derart, daß die ganze Atmungsluft durch die Meßkammer strömt. Dann muß aber
die Meßkammer des Analysegerätes sehr groß ausgeführt werden, um eine Behinderung
der Atmung der Versuchsperson zu vermeiden. Dies ist mit Rücksicht auf andere Forderungen.
bei den eingangs angegebenen Analyseverfahren oft schwierig und hat den Nachteil,
daß sich, besonders am Beginn der Ausatm.ungsphase, innerhalb der Kammer Frischluft
und Ausatmungsluft vermischen. Zur Füllung einer großen. Analysekammer ist eine
verhältnismäßig lange Zeit nötig. Dies macht sich als Fehler bemerkbar, so daß eine
zeitgetreue bzw. trägheitslose Registrierung der Ateingaszusaminen.setzung auf diese
Art nicht möglich ist. Außerdem gelangen die letzten Kubikzentimeter der Ausatmungsluft
überhaupt nicht in die Kammer, da. sie- in den zwangläufig relativ weiten Zuführungsleitungen
zurückbleiben.
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Um die Behinderung der Atmung der Versuchsperson bei Verwendung eines
Gasanalysegerätes mit einer kleinen Analysekam.iner zu beseitigen, wurde bereits
vorgeschlagen, aus,der Ausatmungs.luft der Versuchsperson im Nebenstrom eine kleine
Menge abzuzweigen und durch die Meßkammer des Analysegerätes zu leiten. Zu diesem
Zweck wird an die Atmungswege der Versuchsperson: ein verhältnismäßig weiter Rohrstutzen
angeschlossen, der mit einer seitlichen Anzapfung versehen ist. An diese Anzapfung
ist das Gasanalysegerät angeschlossen. Eine Pumpe saugt einen Teil der Atmungsluft
aus dem Hauptstrom durch die Anzapfung und durch die 1leßkammer. Dadurch wird erreicht,
daß die Versuchsperson. völlig frei und ungehindert atmen kann. Eine genaue und
zeitlich richtige Analyse der Atmungsluft ist aber auch durch diese Maßnahme nicht
zu erreichen, da sich auch hierbei die ausgeatmete Luft mit Frischluft mischen:
kann. Insbesondere, wird in der letzten Phase der Ausatmung, in der die Strömung
im Hauptstrom bereits sehr langsam ist, durch die Pumpe vom offenen Ende des Rohrstutzens
her Frischluft angesaugt, die das Meßergebnis verfälscht.
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Es wurde bereits die grundsätzliche Möglichkeit angedeutet, aus der
Ausatmungsluft der Versuchsperson über einen besonderen Verteilei-mechanismus ohne
Zuhilfenahme einer Pumpe eine kleine Menge abzuzweigen und dem Analysegerät zuzuführen.
Auch bei derartigen Anordnungen ergeben sich Schwierigkeiten .der geschilderten
Art.
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Es ist auch ein Gerät zur Bestimmung der Alveolarluftzusammen.setzung
bekanntgeworden, bei welchem in die Atmungswege der Versuchsperson eine Trachealkanüle
eingeschoben wird. Die Trachealkaniile mündet in einen Stutzen mit zwei durch Rückschlagventile
abgeschlossenen Öffnungen für die Einatmungsluft und die Ausatniungsluft. Aus dem
Inneren der Trachealkanüle wird über eine Pumpe Alveolarluft angesaugt und dem Analysegerät
zugeführt. Die Anwendung eines derartigen, Gerätes für die Messung und zeitgenaue
Registrierung der Atemluftzusammensetzung würde ebenfalls die oben beschriebenen
Nachteile mit sich bringen.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und gestattet eine genaue
trägheitslose Registrierung der Atemluftzusammensetzung ohne Behinderung der @tinung
der Versuchsperson. Sie geht aus von. einer Anordnung zur Messung und zeitgenauen
Registrie-"ung der Zusammensetzung menschlicher Aus-;itmungsluft innerhalb der einzelnen
Atmungsphasen, bei welcher ein Gasanalysegerät mit kleiner Meßka.mmer über einen
Ventilstutzen im Nebenschluß an die Atmungswege der Versuchsperson angeschlossen
ist.
Nach dem Vorschlag der Erfindung enthält der Ventilstutzen neben einer mit dem Mundstück
verbundenen Anschlußleitung für das Gasanalysegerät und einem Rückschlagventil für
die Einatmungsöffnung ein. Rückschlagventil mit einstellbarer Andrückfeder für die
Ausatmungsöffnung.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Sie zeigt
als Beispiel die Anwendung der Erfindung bei einem nach dem Prinzip der Absorption
infraroter Strahlen arbeitenden Gasanalysegerät zur Messung des CO.,-Gehaltes mit
nachgeschaltetem Verstärker und Schnellschreiber. Das Analvsegerät selbst besteht
aus zwei Infrarotstrahlungsqellen 1 und 2, die je einen gebündelten Strahl auf zwei
Empfängerkammern 3 und 4 werfen. Die beiden Empfängerkammern sind durch Kanäle 5
und 6 mit einem Membranm-anometer 7 verbunden. Die Membran 8 dieses Manometers bildet
mit einer Elektrodenplatte, 9 einen Kondensator, dessen Kapazität von der Durchbiegung
der Membran und damit von der Differenz zwischen dem in den Kammern. 3 und 4 herrschenden
Druck abhängt. Eine durch einen Motor 10 angetriebene Blendenscheibe 11 moduliert
die beiden gebündelten Strahlen. In den Strahlengang zwischen den Strahlungsquellen
1 und 2 und den Empfängerkammern 3 und 4 ist je eine gasgefüllte Küvette eingeschaltet.
Eine davon, die Meßkammer 12, wird von dem Meßgas durchströmt, die andere, 13, enthält
eine Vergleichsgasfüllung. Die Empfängerkammern 3 und 4 sind mit demjenigen Gas
gefüllt, dessen Gehalt i=n Meßgas bestimmt werden soll, also z. B. mit C O@. Sie
absorbieren dadurch in erster Linie nur die einfallende Strahlung auf dem Wellenlängenbereich
der Absorptionsbanden des CO.,. Zur Messung ausgenutzt wird die Erwärmung
der Gasfüllung der Empfangskammern. Enthält das Meßgas CO", so, wird je nach seiner
Konzentration ein Teil der Strahlung aus dem für dieses Gas charakteristischen Wellenlängenbereich
absorbiert. Die beiden Füllungen der Empfängerkammern 3 und 4 werden jeweils verschieden
stark erwärmt, und die Kapazität des Membrankondensators ändert sich entsprechend
dem Gasdruck in den Empfängerkammern im Rhythmus der Modulation der Strahlung. Die
Ausgangsgröße am Membrankondensator ist somit von der Strahlungsabsorption im Absorptionsbereich
des CO, und damit vom dem CO.-Gehalt in dem Meßgas abhängig. Ein Verstärker
23 verstärkt die Ausgangsgröße des Membrankondensato.rs, welche durch ein Schnellschreibegerät
24, vorzugsweise ein photoelektrisches Registriergerät, aufgezeichnet wird. Die
Meßkammer 12 und die Vergleichskammer 13 werden sehr klein ausgeführt, um den Meßv
erzug möglichst gering zu halten. Damit die Atmung der Versuchsperson nicht behindert
wird, wird lediglich ein Teil der Atmungsluft im Neben--#trom durch die Meßkammer
geführt. Um Mischeffekte zu vermeiden, ist ein Rohrstutzen 15 mit zwei Rückschlagventilen
vorgesehen. Er besteht aus einem Gehäuse mit einer Anschlußleitung 16 für die Atmungswege
der Versuchsperson sowie Öffnungen für die Einatrnungsluft 17 und für die Ausatmungsluft
18. Die Zuführungsöffnung für die Einatmungs-,-ift 17 bzw. die Ableitung für die
Ausatmungsluft 18 sind durch Rückschlagventile 19, 20 abgesperrt, welche die Luft
in einer Richtung durchlassen und in der Gegenrichtung sperren. Mit dem Gehäuse
15 ist zwischen den beiden Rückschlagventilen eine Leitung 21 verbunden, die die
Ausatmungsluft zur Meßkammer 12 des Infrarotabsarptions-Gasanalysegerätes leitet.
Diese durchströmt die Meßkammer 12 und wird durch eine Leitung 22 ins Freie abgeleitet.
Die Feder für das Rückschlagventil 20 für die Ausatmungsöffnung'" 18 ist durch eine
Rän.delschraube 14 verstellba.r, so daß das Verhältnis zwischen dein Hauptstrom
der Ausatmungsluft durch die: Öffnung 18 und dem Nel>mstrom durch das Rohr 21 und
die Meßkammer 12 geregelt werden kann. Atmet die Versuchsperson durch die, Leitung
16 aus, so wird das Rückschlagventil 20 angehoben. Der größte Teil der Ausatmungsluft
verläßt das Ventilgehäuse durch die Öffnung 18. Ein Teil, dessen Größe durch die
Rändelschraube 14 eingestellt werden kann, wird durch die Meßkammer des Gasanalysegerätes
gedrückt. Bei der Einatmung der Versuchsperson hebt sich das Rückschlagventil 19
von seinen Sitz und gestattet der Frischluft über die Leitungen 17 und 16 dien Zutritt
zu den Atmungswegen der Versuchsperson. Der geringe dazu nötige Unterdruck reicht
aus, um die von der letzten Ausatmung her noch in der Meßkammer 12 befindliche Ausatmungsluft
zurückzusaugen und die Kammer mit Frischluft zu füllen, so daß die Anzeige des Registriergerätes
während der Einatmungsperiod'e auf Null zurückgeht.
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Der gezeigte Rohrstutzen 15 mit den Rückschla;gventilen kann natürlich
auch in Verbindung mit anderen Gasanalysegeräten, z. B. mit solchen, die auf dem
Prinzip der Wärmeleitfähigkeitsinessung bzw. auf der Messung der paramagnetischen
Eigenschaften beruhen, Verwendung finden. Auch für solche Gasan.alvsegeräte: zur
Bestimmung von CO2 oder 02 in der Ausatmungsluft ist eine: möglichst trägheitslose
Messung zu fordern, was wieder sehr kleine Meßkammern voraussetzt. Da diese ebenfalls
zur Verineidung einer Behinderung der Versuchsperson im Nebenschluß an die Atmungswege
angeschlossen werden müssen, ist auch. hier die Verwendung eines Mundstückes mit
Rückschlagg-entilen nach der Erfindung Voraussetzung für die Erzielung einwandfreier
Meßergebnisse.
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Durch die Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, den genauen
zeitlichen Verlauf der Zusammensetzung des menschlichen Atemgases fast trägheitslos
zu registrieren. Eine Behinderung der Atmung der Versuchsperson wird dadurch ebenso
erfolgreich vermieden.