DE2223474C3 - Device for the preparation of breathable air with the exclusion of nasal breathing of a patient - Google Patents
Device for the preparation of breathable air with the exclusion of nasal breathing of a patientInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung der Atemluft bei Ausschluß der Nasenatmung eines Patienten und Versorgung der Luftröhre (Trachea) über eine Trachealkanüle, mit einem an die Trachealkanüle anschließbaren, eine Speichermasse enthaltenden Sorptions-Regenerator.The invention relates to a device for processing the breathing air with the exclusion of nasal breathing of a patient and supply of the windpipe (trachea) via a tracheal cannula, with one attached to the tracheal cannula connectable, a storage mass containing sorption regenerator.
Aus verschiedenen Gründen ist es manchmal erforderlich, den Nasen-Rachen-Raum eines Kranken als Teil des Atemweges stillzulegen und den Patienten statt dessen durch eine Trachealkanüle atmen zu laslen. Dadurch gelangt in die Trachea (Luftröhre) Luft von Raumzustand (z. B. 22" C / 40-50% rel. F.). während die bei Nasenatmung in die Trachea gelangende Luft nahezu mit Wasserdampf gesättigt und auf Körpertempcraturerwärmtist(37° C/ 100% rel. F.).For various reasons it is sometimes necessary shut down the nasopharynx of a sick person as part of the airway and the patient instead, breathing through a tracheostomy tube. As a result, air of room condition (e.g. 22 "C / 40-50% relative humidity) reaches the trachea (windpipe). while the air reaching the trachea when breathing through the nose is almost saturated with water vapor and opens up Body temperature is warmed (37 ° C / 100% rel. F.).
Dieses physiologische »Tnipenklima« in der Trachea ist nötig, um den Selbstreinigungsmechanismus der Atemwege voll wirksam zu erhalten, denn durch die Arbeit des Flimmerepithels wird eine dünne Schicht wäßrigen Schleims entgegen der Schwerkraft zur Epiglottis (Kelilkopfdeckel) hin" gefördert und kann ausgeworfen werden. Die Güte der Nase bzw, ihrer Schleimhäute als Wärme- Und Stöffaiistauscher wird daran erkennbar, daß der Luftzustand bei Eintritt in die Trachea selbst bei extrem tiefen Und trockenen Außenziiständen annähernd gleich gehalten werden kann,This physiological "tube climate" in the trachea is necessary to keep the self-cleaning mechanism of the airways fully effective, because through The work of the ciliated epithelium becomes a thin layer of watery mucus against gravity to the epiglottis (Kelilkopfeldeckel) "promoted and can be ejected. The goodness of the nose or Their mucous membranes as heat and material exchangers can be recognized by the fact that the air condition upon entry in the trachea are kept approximately the same even with extremely deep and dry external conditions can,
Wird iiun durch Trächeolomie (Luftrohrenschnitt)Is iiun by trachealomy (air tube cut)
ίοίο
der Nasen-Rachen-Raum als Teil des Atemweges umgangen, so entspricht der Eintrittszustand der Luft in die Trachea in der Regel dem Raumluftzustand, was zur Folge hat, daß das Flimmerepithel aufgrund des nun vorhandenen Temperatur- und Feuchtegradienten zur Atemluft austrocknet und eine geringere Temperatur annimmt. Dadurch wird die Ciliaraktivität träge und das Sekret höher viscos. Die Folge davon ist, daß sich pathogene Luftkeime ansammeln, die zu Schwierigkeiten der post-operativen Behandlung führen. if the nasopharynx is bypassed as part of the airway, the entry state corresponds to air in the trachea usually the room air condition, which has the consequence that the ciliated epithelium due the now existing temperature and humidity gradient to the breathing air dries out and a lower one Temperature. This makes the ciliary activity sluggish and the secretion more viscous. The consequence of this is that pathogenic airborne germs accumulate which lead to difficulties in post-operative treatment.
Zur Aufbereitung der Atemluft sind Sorptions-Regeneratoren bekannt, bei denen in einem rohrförmigen Gehäuse mit schlecht-leitendem Mantel eine FuI-lung aus Drahtgase oder fein zerkleinerten Metallteilchen untergebracht ist (DE-PS 102300). An dem einen Ende des Gehäuses ist eine Anschlußhaube befestigt, die sich zum äußeren Ende hin verjüngt und an die Atemleitung angeschlossen wird. Das entgegengesetzte Ende des Gehäuses ist offen.Sorption regenerators are used to prepare the air we breathe known, in which in a tubular housing with a poorly conductive jacket a FuI-lung from wire gases or finely crushed metal particles is housed (DE-PS 102300). To the one end of the housing is attached a connection hood which tapers towards the outer end and is connected to the breathing line. The opposite end of the housing is open.
Bei einem anderen bekannten Sorptions-Regenerator (DE-AS 1169615, Prospekt P 5597 »Atemluftbefeuchter«, Drägerwerk, 2. Ausg., Nov. 1965) enthält das Gehäuse eine Füllung aus Metalldrähten, -sieben oder -«eweben oder ein poröses Metall mit guter Wärmeleitung. Der bei der Ausatmung in der Ausatemluft enthaltene Wasserdampf schlägt sich an der Austauscherfüllung in Form flüssigen Wassers nieder. Gleichzeitig gibt die Ausatemluft ihre Wärme an die Austauscherfüllung ab, so daß in dieser während der Ausatmung Wasser und Wärme aufgespeichert werden. Bei der folgenden Einatmung verdunstet das gespeicherte Wasser und gelangt als Wasserdampf in die Einatemluft. Dabei wird gleichzeitig Wärme gebunden, wodurch die Füllung des Austauschers abgekühlt wird. Bei diesem Sorptions-Regenerator kann die Füllung des Gehäuses auch aus einem Metallsiebkörpei bestellen, zwischen dessen Schichten zum besseren Transport des Wassers saugfähige Materialien eingeschaltet sind.In another known sorption regenerator (DE-AS 1169615, prospectus P 5597 "Humidifier", Drägerwerk, 2nd edition, Nov. 1965) the housing contains a filling of metal wires, - sieve or - «weave or a porous metal with good heat conduction. The one on the exhale in the The water vapor contained in exhaled air is deposited on the exchanger filling in the form of liquid water low. At the same time, the exhaled air gives off its heat to the exchanger filling, so that in this during water and heat are accumulated during exhalation. Evaporates on the following inhalation the stored water and enters the inhaled air as water vapor. At the same time Heat is bound, as a result of which the filling of the exchanger is cooled. With this sorption regenerator can order the filling of the housing from a metal screen body, between Layers for better transport of the water absorbent materials are switched on.
Die mit den bekannten Geräten erreichbaren Gütegrade des Wärme- und Feuchtigkeitsaustausches liegen bei 4* bis 70%.The degrees of heat and moisture exchange that can be achieved with the known devices range from 4 * to 70%.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, so daß die Gütegrade von Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch höher werden.The object of the present invention is to provide the To improve the device of the type mentioned, so that the quality of heat and moisture exchange get higher.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speichermasse aus einem schlecht-wärmeleitenden Material besteht, welches mit einem hygroskopischen Material getränkt ist.This object is achieved according to the invention in that the storage mass consists of a poorly thermally conductive There is material which is impregnated with a hygroscopic material.
Vorzugsweise besteht die Speichermasse aus feingewellter, lange dünne Kanäle bildender Asbestpappe, welche mit Lithiumchlorid getränkt ist. Diese Speichermasse besitzt antibakterielle Eigenschaften und ist toxisch für dtn Patienten ungefährlich.Preferably, the storage mass consists of finely corrugated, long thin channels forming asbestos cardboard, which is impregnated with lithium chloride. This storage mass has antibacterial properties and is toxic to the patient.
Vorzugsweise ist der Sorptions-Regenerator mit einer sich im Querschnitt verjüngenden Anschlußhaube versehen, deren Wandungsneigungswinkel zwischen 10ö und 40° beträgt, Die Anschlußhaube dient als Übergangs'tüdk zwischen dem Regenefatörqüerschnitt und dem Kanülenquerschriitt, Ähnliche Anschlußhauben werden zwar auch bei den bekannten Sorptions-Regeneratören verwandt, jedoch ist dort der Wandungs-Neigungswinkel erheblich größer, so daß sich ungünstige Stfömungsverhältrtisse ergeben. Die erfindungsgemäße Anschlußhaube hat zwar grö^ ßere Längenabmessungen als die bekannten An-Preferably, the sorbent regenerator is provided with a tapering in cross-section connecting cap whose Wandungsneigungswinkel ö between 10 and 40 °, the connecting cap serves as Übergangs'tüdk between the Regenefatörqüerschnitt and the Kanülenquerschriitt, similar connection hoods are even with the known sorption Regeneratören related, but there the wall inclination angle is considerably larger, so that unfavorable flow behavior results. The connection hood according to the invention has larger length dimensions than the known
Schlußhauben, bereitet aber bei ihrem Gebrauch keine Schwierigkeiten. §Closing hoods, but does not cause any difficulties in their use. §
Die Außenwände des Sorptions-Regenerators bestehen vorzugsweise aus schlecht-wärmeleitendem Material, insbesondere aus Kunststoff. Durch die gute Wärmeisolierung wird der Wärmeverlust des Gerätes an die umgebende Raumluft gegenüber metallenen Gehäusen stark herabgesetzt. Die zurückgehaltene Wärme bleibt für die eigentliche Aufgäbe, nämlich dis Erwärmung der beim nächsten Atemzug angesaugten Luft, erhalten. Weiter wird durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit erreicht, daß die Temperatur der Innenwände des Gehäuses im Mittel höher liegt als bei metallischen Gehäusen, so daß eine Taupunktunterschreitung und damit eine teilweise Kondensation der ausgeatmeten Luft am Gehäuse weitgehend vermieden wird. Zusätzlich können die Geräte mit Heizelementen zur gänzlichen Vermeidung einer Kondensation versehen sein.The outer walls of the sorption regenerator are preferably made of poor thermal conductivity Material, in particular made of plastic. The heat loss of the device is reduced by the good thermal insulation to the surrounding room air compared to metal housings. The one held back Heat remains for the actual task, namely the warming up of what is sucked in with the next breath Air, received. It is also achieved by the poor thermal conductivity that the temperature the inner walls of the housing is higher on average than in the case of metallic housings, so that the temperature falls below the dew point and thus a partial condensation of the exhaled air on the housing to a large extent is avoided. In addition, the devices can be equipped with heating elements to completely avoid a Be provided with condensation.
Der Sorptions-Regenerator ist vorzugsweise so bemessen, daß seine freie Querschnittsfläche etwa zwischen 5 und 12 cm2 beträgt.The sorption regenerator is preferably dimensioned so that its free cross-sectional area is approximately between 5 and 12 cm 2 .
Ist der Patient zur Eigenatmung nicht fähig, so kann das Gerät ohne Schwierigkeiten so umgerüstet werden, daß es die Atmungssteuerung und den Atmungsantrieb übernimmt. Dies wird dadurch erreicht, daß die der Luftröhre abgewandte Seite des Sorptions-Regenerators gleichzeitig an zwei synchron betriebene Blasebälge angeschlossen ist, von denen einer mit einem Luft aus dem Sorptions-Regenerator ansaugenden Rückschlagventil und einem Luft in die Umgebung ablassenden Rückschlagventil und der andere mit einem Luft aus der Umgebung ansaugenden Rückschlagventil und einem Luft zum Sorptions-Regenerator ablassenden Rückschlagventil versehen ist. Hub und Frequenz der Antriebsblasebälge sind vorzugsweise einstellbar.If the patient is unable to breathe himself, he can the device can be converted without difficulty so that it takes over the breathing control and the breathing drive. This is achieved in that the side of the sorption regenerator facing away from the windpipe is connected to two synchronously operated ones at the same time Bellows are connected, one of which is sucked in with an air from the sorption regenerator Non-return valve and a non-return valve venting air into the environment, and the other with a non-return valve sucking in air from the environment and an air to the sorption regenerator draining check valve is provided. The stroke and frequency of the drive bellows are preferred adjustable.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is illustrated by means of an exemplary embodiment with reference to the figures explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung der bekannten Ausführung eines Sorptions-Regenerators in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, undFig. 1 is a schematic representation of the known embodiment of a sorption regenerator in side view, partly in section, and
Fig. 2 eine Stirnansicht des Regenerators.Figure 2 is an end view of the regenerator.
Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sorptions-Regenerators, teilweise im Schnitt, undFig. 3 schematically shows a side view of the sorption regenerator according to the invention, partly in Cut, and
Fig. 4 eine Stirnansicht des Regenerators nach Fig. 3.FIG. 4 is an end view of the regenerator according to FIG. 3.
Der in den Fig. I und 2 dargestellte bekannte Sorptions-Regenerator besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, dessen Durchmesser etwa gleich der Länge ist. In dem Gehäuse befinden sich metallene Austauscherflächen in Form von Röhrchen, Folien oder Geweben aus Kupfer. Bronze oder Aluminium. Die Zylinderwand 2 des Gehäuses 1 besteht aus Metall. Eine Stirnseite ist mit einer Anschlußhaube 3 verschlossen, die sich konisch verjüngt. Der Verjüngungswinkel der Wandfläche beträgt etwa 50°. Die Anschlußhaube geht in einen zylindrischen Stützen 4 über, an den beispielsweise ein Schlauch angeschlossen werden kann,The known sorption regenerator shown in FIGS. I and 2 consists of a cylindrical one Housing, the diameter of which is approximately equal to the length. There are metal ones in the housing Exchanger surfaces in the form of tubes, foils or fabrics made of copper. Bronze or aluminum. The cylinder wall 2 of the housing 1 is made of metal. One end face is provided with a connection hood 3 closed, which tapers conically. The taper angle of the wall surface is about 50 °. the Connection hood merges into a cylindrical support 4 to which a hose, for example, is connected can be,
Die Form der Anschlußhaube ist strömungstechnisch ungünstig, denn die ein·- oder ausgeatmete Luft beströmt nur einen Teil der Austaüscherfläche, so daß sich nicht durchströmte Totzoneh bilden, die zum Wärme- und Stoffaüstaüsch nichts beitragen, Das gesamte Volumen dieses recht kompakten Gerätes -The shape of the connection hood is aerodynamically unfavorable because the air that is inhaled or exhaled flows through only part of the exchanger surface, so that dead zones that are not flowed through form the Warmth and fabric ruffles do not contribute anything, The entire volume of this rather compact device -
also eier erwähnte Totraum - beträgt etwa zwischen 70 und 100 cm3 und entspricht damit dem Totraum des Nasen-Rachen-Raumes.So the dead space mentioned earlier - is between 70 and 100 cm 3 and thus corresponds to the dead space of the nasopharynx.
Bei der erfindungsgemäßen, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung bestehen demgegenüber die Wände 12 des Sorptions-Regenerators 11 aus schlechtwärmeleitendem Material, im vorliegenden Fall aus Kunststoff. Das Gehäuse hat quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 25 mm. Die Länge beträgt 200 mm. An einer Stirnseite ist das Gehäuse offen, während es an der anderen Stirnseite mit einem Flansch 15 versehen ist, an. dem mittels Federklemmen 16 die Anschlußhaube 13 befestigt ist. Die Anschlußhaube besitzt einen dem Flansch 15 entsprechenden Flansch 17. Ihr Querschnitt erweitert sich ausgehend von dem runden Stutzen 14 stetig. Der Schrägwinkel der Wände der Anschlußhaube beträgt etwa 10 bis 20°. Durch diese \usbildung wird das Volumen des Totraumes innern^'b des Sorntions-Regenerators 11 herabgesetzt.In the case of the device according to the invention shown in FIGS. 3 and 4, on the other hand, exist the walls 12 of the sorption regenerator 11 made of poorly heat-conducting material, in the present case Plastic case. The housing has a square cross-section with a side length of 25 mm. the Length is 200 mm. The housing is open at one end, while it is open at the other end a flange 15 is provided on. the connection hood 13 is attached by means of spring clips 16. the The connection hood has a flange 17 corresponding to the flange 15. Its cross-section widens starting from the round connector 14 steadily. The inclined angle of the walls of the connection hood is about 10 to 20 °. This formation causes the volume of the dead space inside the absorption regenerator 11 reduced.
Die Speichermasse 18 im Innern des Sorptions-Regenerators 11 besteht aus lange, dünne Kanüle bildender feingewellter Asbestpappe, die mit Lithiumchlorid, einem hygroskopischen Material, getränkt ist.The storage mass 18 inside the sorption regenerator 11 consists of long, thin cannula forming finely corrugated asbestos cardboard that is impregnated with lithium chloride, a hygroscopic material.
Für die Größe der Stirnfläche des Regenerators 11 ergibt sich folgendes:The following results for the size of the end face of the regenerator 11:
Die Stirnfläche darf einerseits aus praktischen Gründen (Gewicht, Unhandlichkeit; nicht zu groß werden, ist aber auch nach unten begrenzt, denn eine kleine Stirnfläche bedingt große Luftgeschwindigkeiten und damit auch große Druckverluste, was zu einer Behinderung beim Atmen führen würde. Außerdem treten bei großen Luftgeschwindigkeiten schlechtere Gütegrade aller Austauschvorgänge auf. Die günstigste Lösung besteht in einem Kompromiß rwischen diesen Forderungen.On the one hand, for practical reasons (weight, unwieldiness; not too large but is also limited at the bottom, because a small frontal area results in high air velocities and thus also large pressure losses, which would lead to an impediment to breathing. aside from that At high air velocities, poorer quality grades of all exchange processes occur. The cheapest The solution is a compromise between these requirements.
Versuche haben gezeigt, daß der gesamte Druckverlust beim Atmen des ruhenden Menschen etwa 2,5 bis 3 mm V/S beträgt, wovon etwa die eine Hälfte auf die Lunge und die andere Hälfte auf den Nasen-Rachen-Raum mit Epiglottis entfällt. Dies gilt für ein Atemvolumen von 30 l/min. Bei gleichem Atemvolumen sollte auch etwa der Druckver'ust des Sorptions-Regenerators in gleicher Höhe liegen. Dies ist der Fall, wenn die quadratische freie Querschnittsfläche des Sorptions-Regenerators etwa 12 cm2 beträgt, was bei quadratischer Ausführung einer Kantenlänge von 35 mm entspricht. Das hier beschriebene Gerät hat demgegenüber einen quadratischen freien Querschnitt mit einer Kantenlänge von 25 mm. Hierdurch werden einerseits gegenüber dem rechnerisch ermitt-iten Wert das Gewicht und das Volumen nahezu halbiert, andererseits wird der Druckverlust eher um mehr ills 1 mm WS erhöht. Diese geringe Druckverlusterhöhung ist jedoch nicht gravierend, denn 1. greifen im Fall der Eigenatmung die physiologischen Schutzreflexc des Körpers automatisch ein (in diesem Fall also tieferes Atmen, was ja bei Erkältungen des Atemtraktes mit ihren Quersehnittsverengungen und Druckverlusten ebenso selbstverständlich geschieht)^ und 2, ist der Mensch rein physisch durchaus in der Lage, diesen Druckverlust zu überwinden, denn es sind zwischen den Alveolen und der Nase bis zu 18 mm WS mit entsprechendem Atem-Minüten-Volumen (ca. 60 l/min) gemessen worden.Experiments have shown that the total pressure loss when breathing in a resting person is about 2.5 to 3 mm V / S, about half of which is attributable to the lungs and the other half to the nasopharynx with epiglottis. This applies to a tidal volume of 30 l / min. With the same tidal volume, the pressure loss of the sorption regenerator should be about the same. This is the case when the square free cross-sectional area of the sorption regenerator is approximately 12 cm 2 , which corresponds to an edge length of 35 mm in the case of a square design. In contrast, the device described here has a square free cross-section with an edge length of 25 mm. As a result, on the one hand, the weight and volume are almost halved compared to the calculated value, on the other hand, the pressure loss is increased by more than 1 mm WS. This slight increase in pressure loss, however, is not serious, because 1. the body's physiological protective reflexes automatically intervene in the case of self-breathing (in this case deeper breathing, which happens naturally with colds of the respiratory tract with its cross-section constrictions and pressure losses) ^ and 2, a person is physically able to overcome this loss of pressure, because between the alveoli and the nose up to 18 mm WS with a corresponding breath-minute volume (approx. 60 l / min) have been measured.
Die erreichten Gütegrade für den Wärmeaustausch Und den Feuchtigkeitsaustausch Hegen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ hoch. Unter Güte-The achieved degrees of quality for the heat exchange and the moisture exchange in the invention Device relatively high. Under goodness
grad ist das Verhältnis des tatsäclilichen zum maximal möglichen Wärme- bzw. Sfoffaustausch zu verstehen. Alis theoretischen Gründen ist der Gütegrad des Feuchteaustausches stets höher als derjenige des Wärmeaustausches.degree is the ratio of the actual to the maximum to understand possible heat or Sfoffexchange. Ali's theoretical reasons is the grade of the The moisture exchange is always higher than that of the heat exchange.
Mit dem beschriebenen Sofptions-Rcgcnerafor wurden folgende Gütegrade für die Temperatur ermittelt: With the described Sofptions-Rcgcnerafor the following quality grades were determined for the temperature:
a) beim Einatmen 9l<%>( a) when inhaling 9l <%> (
b) beim Ausatmen 88%.b) on exhalation 88%.
Wie bereits erwähnt, liegen die Feuchtigkeits-Gütegrade noch höher.As already mentioned, the degrees of moisture quality are even higher.
Hierzu 1 B|att ZeichnungenIn addition 1 sheet of drawings
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