DE2758413C3

DE2758413C3 - Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes

Info

Publication number: DE2758413C3
Application number: DE2758413A
Authority: DE
Inventors: Bunji Prof. Suita Osaka Hagihara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1986-01-09
Also published as: GB1587880A; FR2376412A1; FR2376412B1; US4185620A; DE2758413A1; SE434437B; DE2758413B2; SE7714832L; IT1090849B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei Vorrichtungen zur transkutanen Messung des arteriellen Blutsauerstoffgehaltes handelt es-sich um Elektrodenanordnungen, mit denen der Sauerstoffpartialdruck des Arierienblutes einer Person durch deren Haut ohne direkte Untersuchung des Blutes bestimmt wird.. Die Messung kann eingriffsfrei und ohne Verletzung eines Körperteiles durchgeführt werden. Solche Elektrodenanordnungen spielen daher eine wichtige Rolle bei der Sauerstoffüberwachu.)g von Patienten, insbesondere neugeborenen Kindern. Beim Anlegen derartiger Elektrodenanordnungen an die Haut einer zu untersuchenden Person diffundiert der Sauerstoff im subkutanen Gewebe durch die Haut und gelangt über eine Elektrodenmembran zu einer Kathode aus Edelmetall, wo der Sauerstoff unter Erzeugung eines elektrolytischen Stromes reduziert wird. Daher läßt sich der Sauerstoffpartialdruck im Gewebe aus dem Wert für den elektrolytisches Strom ermitteln.

Wenn hierbei die über die Membran in Berührung mit der Elektrode stehende Haut auf eine möglichst hohe Temperatur in einem Temperaturbereich erwärmt wird, bei der die Haut nicht verbrennt, erfolgt eine lokale Durchblutung des subkutanen Gewebes nahe der Elektrode. Somit liegt der nach diesem Verfahren gemessene Sauerstoffpartialdruck des Gewebes nahe dem Sauerstoffpartialdruck im anerieiien BIuL Wie nahe die beiden genannten Werte zueinander stehen, d.h. der transkutan gemessene Wert und der wahre arterielle Wert, hängt stark von dem Ausmaß der arteriellen Durchb'tHung des subkutanen Gewebes und zum anderen von den Eigenschaften der Elektrodenmembran, der Größe und Gestalt der Kathode und von anderen Ausbildungen der Elektrodenanordnung ab. Bekannt sind zwei Arten von transkutan messenden Elektrodenanordnungen. Jede dieser Elektrodenanordnungen hat jedoch hinsichtlich ihrer Eiektrodenausbildung, insbesondere was die Erwärmungsmechanismen für die Haut, die Gestalt und Größe der Kathode und die Tragmechanismen für die Elektrodenmembran betrifft, bestimmte Nachteile.

Bei der erstgenannten, z.B. in Biomedizinische Technik, Band 19 (1974), Nr. 3, Seite 87 bis 91, beschriebenen Elektrodenanordnung zur transkutanen Bestimmung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes ist die Kathode ein dünner Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 0,015 mm. Diese Kathode wird zusammen mit einer in Beziehung dazu angeordneten Silberanode von einer sauerstoffdurchlässigen Membran (Polytetrafluoräthylenfolie von 12 μ Dicke) bedeckt, die an den Oberflächen beider Elektroden eine Elektrolytlösung hält. Die Elektrodenmembran ist mit dem Elektrodentragkörper über einem O-Ring aus Gummi verbunden. Bei dieser Elektrodenanordnung erfolgt die Erwärmung der Haut durch die Silberanode, die auf eine konstante Temperatur (43° C oder 44° C) erwärmt wird. Bei diesem Heizmechanismus ist die arterielle Durchblutung des subkutanen Gewebes nicht ausreichend, da der erwärmte Bereich der Haut durch die kleine Anodenfläche begrenzt ist. Des weiteren ist das Signal/Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) dieser Eelektrodenanordnung wegen der extrem kleinen Elektroden sehr niedrig. Da ferner die ebene Membran durch den O-Ring gehalten ist, neigt die Membran an den Befesiigungsstellen zur Faltenbildung, so daß es schwierig ist, die Elektrodenfläche gleichmäßig in Berührung mit der Membran zu halten und daher eine unstete Elektrodenaktivität vorliegt.

Die transkutan den arteriellen Sauerstoffpartialdruck messende Elektrodenanordnung der zweiten bekannten Bauart ist in der US-PS 37 95 239 beschrieben. Bei dieser Elektrodenanordnung wird eine relativ große (3 mm Durchmesser) Goldkathode verwendet Die Kathode und die Anode sind mit einer Elektrodenmembran (Polyesterfolie von 6 μ Dicke) bedeckt, die an dem Elektrodenhalter mit einer Hülse befestigt ist. Bei dieser Eleklrodenanordnung erfolgt das Erwärmen der Haut über die auf eine konstante Temperatur (42 oder 44° C) gehaltene Goldkathode. Bei einem solchen Heizmechanismus ist die arterielle Durchblutung des subkutanen Gewebes aus den gleichen Gründen wie bei der ersten bekannten Elektrodenanordnung nicht ausreichend. Obgleich die Kathode bei der zweiten Bauart eine relativ große Abmessung (3 mm Durchmesser) hat, ist die Größe der Kathode zur Erzielung einer ausreichenden Durchblutung nach wie vor zu gering. Der zweite wesentliche Nachteil bei dieser · Elektrodenanordnung liegt darin, daß, da die Kathodenfläche zum Erwärmen groß sein muß und damit deren Sauerstoffverbrauch entsprechend hoch ist, der gemessene Sauerstoffwert viel kleiner als der tatsächliche Wert im arterieilen Blut ist Um den vorgenannten Nachteil zu mildern, wurde schon versucht, als Elektrodenmembran eine solche mit einer sehr geringen Sauerstoffdurchlässigkeit vorzusehen. Dies führt jedoch zu einer geringen Ansprechempfindlichkeit der Elektrode, in Verbindung mit der starken Sauerstoffreduktion an der Kathode ergibt sich ein sehr hoher Elektrolytverbrauch, und auch die Empfindlichkeit der Elektrode wird stark beeinträchtigt Ferner unterscheidet sich der Umfangsbereich der Kathode hinsichtlich der Reaktivität vom mittleren Bereich, da diese beiden Bereiche unterschiedliche Abstände von der Anode haben und auch hinsichtlich der lonenversorgung aus dem Elektrolyten verschiedenartig sind.

Wie die erstgenannte bekannte Bauart hat auch die zweite den Nachteil, daß sich die Elektrodenaktivität unter Erhali ungenauer Meßergebnisse mit einer Änderung des Andruckes an die Haut ändert, da die Berührung zwischen Membran und Elektrodenoberfläche ungleichmäßig ist

Gegenstand der älteren DE-PS 26 40 987 ist ein Meßwertaufnehmer zur transkutanen Messung von Gasen im Blut durch elektrochemische Besi-mmung des Partialdruckes mit einer Heizeinrichtung zur Hyperämisierung der Haut, welcher gekennzeichnet ist durch eine außerhalb der Elektrodenmembran angeordnete, mit Gasöffnungen gegenüber der Meßelektrode versehene Heizscheibe. Die Heizscheibe liegt mit ihrer vollen Fläche dem zu beheizenden Hautabschnitt an. Ais Spannclement für die Elektrodenmembran dient ein gesonderter Wärmeisolationskörper, nicht jedoch die Heizscheibe. Von dieser Vorrichtung wird im Oberbegriff von Anspruch 1 ausgegangen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes zu schaffen, die gegenüber den bekannten Vorrichtungen ein verbessertes System zur Er- 6» wärmung der Haut über einen großen Flächenbereich sowie bessere Ansprechempfindlichkeit und ein hohes Signal/Rauschverhältnis aufweist und bei der die Elektrodenmembran so belastet werden kann, daß sie in einem gleichmäßigen stabilen Kontakt mit der Elektroüenanordnung steht.

Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich nach der Erfindung eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden die speziellen Merkmale einer solchen Vorrichtung näher erläutert:

(1) Anders als bei den bekannten transkutan messenden Elektrodenanordnungen erfolgt die Erwärmung der Haut nicht über die Kathode oder Anode. Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung wird ein metallischer Abschnitt, der einen größeren Teil der Elektrodenanordnung einnimmt, bei konstanter Temperatur gehalten. Dabei steht dieser Teil in Wärmeverbindung mit einer metallischen Platte am unteren Ende der Elektrodenanordnung, so daß die Haut durch diese Platte, die eine wesentlich größere Fläche als die Stirnfläche von Anode öder Kathode hat, erwärmt wird. Bislang erfolgte die Erwärmung der Haut durch die Elektroden über die Elektrol}i3chicht und die Elektrodenmembran, während bei dir erfindungsgemäßen Anordnung ein derartiges Hindernis, wie es die Elektrolytschicht oder die Elektrodenmembran darstellen, nicht vorliegt Dies hat den Vorteil, da2 ohne Vorliegen einer störenden Schicht eine große Heizfläche geschaffen wird und daß die Erwärmung der Haut wirksamer und genauer als bei den bekannten Ausführungen vorgenommen werden kann. Es wird somit ohne eine Verbrennung der Haut eine gute Durchblutung des subkutanen Gewebes erzielt

(2) Eine rohrförmige Silberanode ist koaxial zu einem ringförmigen Ende einer Platin- (oder GoId-JKathode über ein isolierendes Material angeordnet, so daß die Kathodenfläche gleichmäßige Reaktivität in bezug auf die Anode und den Elektrolyten aufweist Da das Ende der Kathode ringförmig ist,

. hat die Kathode im Vergleich zu einer Punkfelektrode eine große Fläche, so daß auch das Ausmaß der Elektrodenreaktivität entsprechend groß ist und ein hohes Signal/Rauschverhältnis ermöglicht.

(3) Das Ende der Kathode und der die Kathode umgebende Teil stehen etwas über das Ende der Anode vor. Die Elektrodenmembran wird mit einer Abdeckplatte niedergedrückt. Diese Abdeckplatte hat eine öffnung, an der der Teil der Elektrodenmembran, der das Ende der Kathode bedeckt, freiliegt Auf diese Weise befindet sich die Membran in stetiger Berührung mit der Kathodenfläche, da sie unter einer Streckkraft stehL Die Abdeckplatte besteht aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit und dient gleichzeitig, wie erwähn}, zur Erwärmung der Haut.

Bei allen konventionellen Elektrodenanordnung wird keine Abdeckplatte zum Strecken der Elektrodenmembran verwendet, so daß die Membran, lose unter nur geringer Kraft an der Elektrodenflürhe aufliegt. Daher ist es schwierig, zwischen der Membran und der Elektrodenfiäche eine gleichmäßige Elektrolytschicht vorzusehen, ein Umstand, der andererseits die Elektrodenempfindlichkeit bestimmt.

(4) Die Elektrodenmembran ist mit der ringförmigen Oberfläche des 'Aunststoffabschniues des Elektrodenhalters verbunden. Der Kunststoffabschnitt befindet sich außerhalb des Elektrolytvorratbades, das außerhalb der rineformiEen Silberanode

vorliegt. Daher wirft anders als bei Vorsehen eines Kiemmechanismus mittels eines O-Ringes oder einer Hülse die Membran niemals Falten und steht somit in gleichmäßiger Berührung mit der Elektrode. Aus diesem Grund hat die erfindungsgemäße Anordnung eine wesentlich verbesserte Empfindlichkeit und wird ein Leckaustritt von Elektrolyten vollständig verhindert. Wenn die Verbindung der Membran mittels eines kohäsiven Materials (Klebstoff) vorgenommen wird, läßt sich ein Austausch der Elektrodenmembran ohne weiteres erzielen. Die den Elektrolyten bevorratende Nut ist im Elektrodenhalter um die Endfläche der Anode ausgebildet und enthält eine ausreichende Elektrolytmenge. Der Druck in der Elektrolytvorratsnut steht über eine kleine, mit der Außenluft verbundene Bohrung im Druckgleichgewicht. Somit werden die Berührungsverhältnisse zwischen Elektrodenmembran und Elektrodenoberfläche unabhängig von Änderungen in der Temperatur und dem Almosphärendruck konstant gehalten.

Vergleich der Erfindung
mit bekannten Elektrodenanordnungen

Eine vergleichende Betrachtung der Hauptmerkmale der erfindungsgemäßen transkutanen Elektrodenanordnung mit den beiden bekannten Ausführungen ist in Tabelle 1 gegeben. Durch diese baulichen Merkmale zeigt die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung eine wesentlich bessere Genauigkeit (höheres Verhältnis von gemessenem POi-Wert pro tatsächlichem arteriellen PC>2-Wert), eine höhere Kontinuität und zahlreiche andere bessere Kriterien als die bekannten Bauarten.

Tabelle I

Vergleich der erfindungsgemäß aufgebauten Elektrodenanordnung mit bekannten Ausführungen

Konstruktionsmerkmale	Erste bekannte	Zweite bekannte	Erfindungsgemäße Elektrodenanordnung	(3 in Fig. I)
	Ausführung	Ausführung
Kathodenquerschnitt	punktförmig	scheibenförmig	ringförmig	(8,7)
Kathodenfläche	klein	groß	dazwischenliegend
Erwärmung der Haut	Anode	Katliodc	Halterteil (Ring)	(7)
über			und Platte	ι (1.Γ)
Heizfläche	*ringfÖrmig, klein	scheibenförmig, klein	'ringförmig, groß
Befestigung der	durch O-Ring	durch Kappe (Hülse)	mit Halter verbunden
Membran
Andrjck der Membran	lose	lose	stetig	(7)
an Elektrode
Mcffibfanschuiz	keiner	keiner	dünne Platte

Sowohl bei der ersten bekannten Elektrodenanord- -»o nung als auch bei der erfindungsgemäßen ist der erwärmte Bereich ringförmig mit einer in seinem Zentrum befindlichen Öffnung. Indem die Öffnung jedoch klein ist, wird die arterielle Durchblutung des subkutanen Gewebes durch das Vorliegen der Öffnung im Erwärmungsbereich nicht beeinflußt, weil sich das Blut durch die subkutanen Kapillaren ausbreitet. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, daß bei gleicher Erwärmungstemperatur die Erwärmungsfläche für eine ausreichende arterielle Durchblutung möglichst groß w sein sollte.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Meßelektrodenan-Ordnung,

F i g, 2 eine geschnittene Ansicht einer Modifikation der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig.3 eine grafische Darstellung bezüglich der Änderung des Elektrolysestromes mit dem Gasaus- ^ω tausch bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Elektrodenanordnung zur transkutanen Sauerstoffmessung und

Fig.4 eine grafische Darstellung bezüglich des zeitlichen Verlaufes des Elektrolysestromes, wie er mit einer transkutan den Sauerstoff messenden Elektrodenanordnung (44° C) an der Haut am Vorderarm einer Person (weiblich, Alter 26 Jahre) tatsächlich ermittelt wurde.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Elektrodenanordnung zur transkutanen Sauerstoffmessung. In Fig. 1 betrifft das Bezugszeichen 1 einen Elektrodenhalter aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie Kunststoff. In dem Halter 1 ist eine zylindrische Silberanode 2 eingebettet, deren unteres Ende freiliegt. Das obere Ende der Anode 2 ist mit einem Flansch 2' versehen, dessen Umfang am Außenumfang des Halters 1 ebenfalls freiliegt. Eine Kathode 3 in Form eines dünnen Metallrohres wird koaxial in Abstand von der Anode durch einen an der Anode 2 befestigten Glaszylinder 4 gehalten. Die Umfangskante am freiliegenden Ende an der Außenseite des Kathodentragzylinders 4 ist abgerundet, und der Kathodenträger selbst ist dergestalt ausgebildet, daß seine Stirnfläche über die Stirnfläche der Anode 2 um eine Wegstrecke vorsteht, die im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius der abgerundeten Kante ist Andererseits liegt das freie Ende der Kathode 3 in der gleichen Ebene wie das Ende des KathodentragzylinEine Elektrodenmembran 5 erstreckt sich über die freiliegenden Enden der Elektroden 2 und 3 sowie des Glaszylinders 4. Die Membran 5 ist eine sauerstoffdurchlässige Folie aus einem wasserabweisenden Polymer, wie Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluoräthylen oder Polypropylen. Die Membran ist mit einem geeigneten Klebstoff an einem Umfangsteil an der unteren Endfläche des Halters 1 verklebt Um eine Bute

Berührung zwischen Membran 5 und den Enden von Kathoden usw. zu erhalten und dennoch dazwischen eine Elektrolytschichl 12 vorsehen zu können, liegen die Enden von Anode ? und Halter 1 in der gleichen Ebene.

Ferner werden der Bereich der Membran 5 der das Ende der Anode 2 und den Umfangsbereich von Halter 1 bedeckt, durch eine Abdeckplatte 7 aus Metall angedri-ikt, in der eine zentrale öffnung von ähnlicher G röße wiedas Kathodenende vorgesehen ist. Diese Platte gewährleistet eine innige Berührung zwischen der Membran 5 und den genannten Bereichen.

Die Abdeckplatte 7 wird von einem äußeren, auf einem Kranz 6 aufgeschraubten metallischen Ring 8 gehalten. Somit liegt die Membran 5 nur an dem Bereich der öffnung in der Abdeckplatte 7 frei und kann hier in is Berührung mit der Oberfläche von einem zu untersuchenden Körper gebracht werden.

Der Endbereich des Elektrodenhalters 1, der in Berührung mit dem Ende der Anode steht, ist in geeigneter Weise absatzförmig ausgeschnitten, und dieser Absatz dient als Elektrolytbad 9 in Form einer Umfangsnut. Der überschüssige Teil des die Oberflächen von Anode 2 und Kathode 3 bedeckenden Elektrolyten 12 haftet in der Nut an der Seite der Silberanode an. Eine Luftablaßbohrung 10 öffnet sich an der oberen Oberfläche des Kunststoffabschnittes und erstreckt sich durch den Halter 1 von einem Raum, der außerhalb des Teils der Nut liegt, wo sich der Elektrolyt befindet. Die öffnung dieser Bohrung 10 ist mit einem geeigneten gasdurchlässigen (porösen) Element 11 .vi versteift. Eine Anzahl von kleinen, nicht gezeigten Nuten ist im Ende der Anode vorgesehen, um die Menge an an der Anodenfläche gespeichertem Elektrolyten zu stabilisieren und eine Verbindung zwischen dem in Ausgleich mit dem Atmosphärendruck stehenden Elektrolyten und der Elektrolytschicht am Ende der Kathode zu schaffen.

Eine Heizeinrichtung und ein wärmeempfindliches Element (Thermistor) sind in einem passenden Teil des Kranzes 6 untergebracht, der aus einem Metall mit ^o hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. Bei dem in F i g. 1 gezeigten Beispiel befindet sich die Heizeinrichtung 13 in einer Umfangsnut 14 im Halterkranz 6, während das wärmeempfindliche Element 15 in eine Bohrung eingesetzt ist, die in den Halterkranz 6 eingebohrt ist. -«5

F i g. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Sauerstoff-Meßelektrodenanordnung oder -vorrichtung. Diese Anordnung hat einen sehr ähnlichen Aufbau wie die Anordnung nach Fig. 1, indem nur ein Teil des Halters 1 in Fig. 1 unterschiedlich ist. Durch diese Änderung jedoch wird das Belasten der Elektrodenmembran wesentlich vereinfacht und die Berührung zwischen Membran und Elektrode weiter stabilisiert In Fig.2 betrifft das Bezugszeichen 1 den feststehenden Teil eines Elektrodenhaiiers aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie Kunststoff. Das Bezugszeichen Γ bezieht sich auf einen lösbaren Teil des Halters in Form eines kreisförmigen Rohres. Das lösbare Rohr Γ ist am unteren Ende mit einer Elektrodenmembran 5 versehen. Eine zylindrische Silberanode 2 ist in dem feststehenden Teil 1 des Halters eingebettet. Eine Kathode 3 in Form eines_ dünnen Metallrohres wird durch einen am Halter 1 befestigten Glaszylinder 4 in koaxialem Abstand von der Anode 2 gehalten. Die Umfangskante am freiliegenden unteren ^6S Ende des die Kathode 3 tragenden Glaszylinders 4 ist abgerundet, und die Kathode 3 selbst ist dergestalt ausgebildet, daß das untere Ende des Glaszylinders nach unten über das Ende der Anode 2 um eine Wegstrecke vorsteht, die im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius der abgerundeten Kante ist. Andererseits liegt daa freie Ende des Kathodentragzylinders 4 in der gleichen Ebene wie das Kathodenende.

Eine Elekirodenmembran 5 aus einem wasserabstoßenden sauerstoffdurchlässigen Material erstreckt sich über die freiliegenden Enden der Elektroden 2 und 3 und des Glaszylinders 4. Die Membran 5 besteht aus einem sauerstoffdurchlässigen wasserabstoßenden Material und ist an der unteren Stirnfläche des lösbaren Teils Γ des Halters durch einen geeigneten Klebstoff oder durch eine Heißverbindung befestigt. Um eine gute Berührung zwischen Membran 5 und der unteren Stirnfläche der Anode zu erhalten und gleichzeitig dazwischen eine Elektrolytschichl vorsehen zu können, liegen die untere Stirnfläche der Anode 2 und die untere Stirnfläche des lösbaren Teiles 1 in der gleichen Ebene. Die Fläche der Membran 5. die die untere Endfläche der Anode 2 bedeckt, wird durch eine metallische Abdeckplatte 7 mit einer zentralen öffnung angedrückt, die etwas größer als das untere Ende der Kathode ist, so daß eine innige Berührung mit der Membran 5 gewährleistet wird.

Die Abdeckplatte 7 wird von einem Ring 8 aus einem gut wärmeleitfähigen Metall gehalten. Der Ring 8 ist auf dem Kranz 6 aufgeschraubt, der ebenfalls aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Wegen des Vorsehens der Abdeckplatte 7 kann nur der durch die öffnung in der Platte 7 freiliegende Bereich der Membran 5 in Berührung mit der Oberfläche von einem zu untersuchenden Körper gebracht werden.

Das Ende des feststehenden Teils 1 des Elektrodenhalters, der in Berührung mit der Anode 2 steht, ist in geeigneter Weise gegenüber der Stirnfläche der Anode zurückversetzt, um einen umfänglich sich erstreckenden Raum zu bilden, der ein Elektrolytbad 9 schafft. Ein Elektrolyt 12 wird zwischen der Membran 5 und den Stirnflächen der Elektroden gehalten, wobei der überschüssige Teil des Elek.trolytes in dem vorgenannten Raum 9 gespeichert ist.

Eine Heizeinrichtung und ein wärmeempfindliches Element (Thermistor) sind an einer passenden Stelle des Elektrodenhalterkranzes 6, der aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht, angeordnet. Die Heizeinrichtung 13 befindet sich in einer Umfangsnut 14 im Halterkranz 6, während das wärmeempfindliche Element 15 in eine Bohrung eingesetzt ist, die in den Halterkranz 6 eingebohrt wurde.

Da der Elektrodenhalter den lösbaren Teil Γ mit der damit verbundenen Elektrodenmembran umfaßt, läßt sich die Membran leicht unter eine bestimmte Spannung setzen, indem diese Teile vom Hersteller bei guter Qualitätskontrolle vorgefertigt werden.

Bei der Elektrodenanordnung nach Fig.2 ist der Flanschbereich 2' bei der in F i g. 1 gezeigten Anode 2 weggelassen. Hinsichtlich des Verhaltens bei der transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdrjckes besteht kein wesentlicher Unterschied, wenn der Flanschbereich als Bauteil der Elektrodenanordnung vorgesehen oder weggelassen wird.

Zwei Beispiele für Meßwerte, wie sie mit der in Fig. t gezeigten Elektrodenanordnung zur transkutanen Bestimmung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes ermittelt wurden, werden nachfolgend beschrieben. Die Abmessungen der bei diesen Versuchen verwendeten Elektrodenanordnung sind nachfolgend aufgelistet:

Kathode

Material - Gold Außendurchmesser der Oberfläche 2,0 mm Innendurchmesser der Oberfläche 1,5 mm

Anode

Material - Silber Außendurchmesser der Oberfläche 5 mm Innendurchmesser der Oberfläche 3 mm Elektrolyt Wasser-Glyzerin-KCI-Pulferlösung

(pH 10)

Elektrodenmembran

Folie aus Polyvinylidenchlorid von 12 μ Dicke

Ansprechkurve in bezug auf den Gasaustausch (Eichkurve)

Die Kurve ist in F i g. 3 gezeigt. Die vorstehend beschriebene Fl^ktrodcnanordnun·» wurde ■" «·;■*« Eichkammer eingesetzt (bei der es sich um ein Gasaustauschgefäß mit einer Kapazität von etwa 5 ml mit einer kleinen Bohrung im oberen Teil handelt, die in Berührung mit der Elektrodenanordnung steht). Der Elektrolysestrom aus der Elektrodenanordnung wurde aufgezeichnet, während Stickstoff, Luft und Sauerstoff abwechselnd in die Kammer eingegeben wurden. Die Ansprechcharakteristik der Elektrodenanordnung, die Linearität in bezug auf den Sauerstoffpartialdruck (Konzentration) und andere Eigenschaften der Anordnung können aus dieser Kurve entnommen werden. Die Ergebnisse aus einer solchen Prüfung sind folgende:

(1) Der Reststrom beträgt weniger als 0,2% in bezug auf 1 atm (760 mm Hg)O₇;

(2) die 80%-Ansprechzeit beträgt 30sek und die 96%-Ansprechzeit 70 sek (dies bedeutet, daß die Reaktion im wesentlichen nach einer Kurve ersten Grades abläuft);

(3) der Verlauf der Meßwerte in bezug auf die OrKonzentration ist im wesentlichen proportional, was aus dem Vergleich der Ströme für Nj(O₂ - 0), Luft(O₂ - 20,99%) und O₂ beurteilt werden kann.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Versuch wurden auch die Temperaturen der Elektrodenanordnung (eingestellt auf eine Temperatur von 44"C) aufgezeichnet Der zeitliche Verlauf ist in der Figur als eine im wesentlichen gerade parallel zur Abszisse liegende Linie wiedergegeben. Aus dieser Linie folgt, daß die Temperaturänderung während des Versuchs weniger als 0,02⁰C betrug.

Transkutane Versuchswerte Bei der untersuchten Person handelte es sich um eine Jahre alte Frau. Die Elektrodenanordnung wurde an der Haut an der Innenseite des Handgelenks mittels eines doppelseitigen Klebbandes befestigt Die Elektrodenanordnung wurde auf eine Temperatur von 433 ±0,02° C gehalten. Während die Frau abwechselnd Luft und Sauerstoff einatmete, wurde der elektrolytische Strom aufgezeichnet Die Ergebnisse sind in F i g. 4 wiedergegeben. Die Pfeile A, B. C und D in der Figur geben den Beginn einer schwachen Einatmung von Sauerstoff bzw. Luft sowie einer starken Einatmung von Sauerstoff bzw. Luft an. Wie aus der grafischen Darstellung gemäß Fig.4 hervorgeht beträgt der transkutan gemessene Sauerstoffpartialdruck während der Lufteinatmungsphase etwa 90 mm Hg und liegt damit nahe am üblichen Wert für den Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut eines durchschnittlichen Erwachsenen. Bei mäßiger Inhala-

tion von Sauerstoff betrug der Sauerstoffpartialdruck etwa 530 mm Hg. Wenn Sauerstoff kräftig eingeatmet wurde, betrug der Sauerstoffpartialdruck 570 mm Hg. Diese Werte stirlimen bei den vorgenannten Bedingungen gut mit den tatsächlichen Sauerstoffwerten im arteriellen Blut überein. Das Ansprechverhalten am Beginn und Ende der Sauerstoffinhalation ist etwas langsamer als die tatsächlichen Änderungen in der Arterie; die Ansprechzeiten sind jedoch für praktische klinische Untersuchungen ausreichend kurz.

Im wesentlichen die gleichen (oder sogar etwas bessere) Ergebnisse wurden mit der in F i g. 2 gezeigten Elektrodenanordnung zur transkutanen Sauerstoffbestimmungerhalten.

Die Anwendung der herkömmlichen Elektrodenanordnung zur transkutanen Bestimmung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes ist lediglich auf Kinder beschränkt. Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung Hegt jedoch eine wesentlich Tößere Fläche zur Erwärmung der Haut vor und wurden zahlreiche andere Verbesserungen vorgenommen. Daher findet bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung selbst bei Erwachsenen eine ausreichende Durchblutung statt, so daß eine geeignete und genaue Messung durchgeführt werden kann. Hierin liegt ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung.

Wenn die vorbeschriebenen Meßdaten und Ergebnisse aus dem Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung insgesamt betrachtet und mit entsprechenden Daten einer auf dem Markt befindlichen Elektrodenanordnung verglichen werden, ergeben sich folgende Vorteile aus der Erfindung: da die Konfiguration und Fläche der Kathode bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in geeigneter Weise ausgebildet sind, wird sowohl die Gleichmäßigkeit der Reaktion an der Elektrodenoberfläche als auch das S/N-Verhältnis der Reaktion verbessert. Da weiter der Haltemechanismus für die Elektrodenmembran und für die weiteren Bauteile der Anordnung auf verschiedene Weise ebenfalls verbessert wurden, konnte die Konstanz der Messung in bemerkenswertem Umfang gesteigert werden. Diese Vorteile tragen mit zu einer gleichmäßigen Erwärmung und ausreichenden Wärmeübertragung auf die zu untersuchende Oberfläche bei und ermöglichen in Verbindung mit der Auswahl einer geeigneten Folie für die Elektrodenanordnung die Vornahme einer transkutanen Messung des Sauerstoffpartialdruckes im arteriellen Blut eines Erwachsenen, was bislang sehr schwierig war.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur transkutanen Messung des iarteriellen Sauerstoffpartialdruckes mit einer Elektrodenanordnung, bestehend aus einer Kathode, einer dagegen isolierten Anode, einem die Anode umgebenden Halter, einer mit dem unteren Ende des Halters verbundenen und das untere Ende der Elektrodenanordnung abdeckenden Membran, die zwischen sich und der Elektrodenanordnung eine Elektrolytlösung einschließt, eine Halterung für den Halter, eine Heiz- und Temperatur-Steuereinrichtung uitid eine in wärmeleitender Verbindung mit der Halterung stehende, im Bereich des Kathodenendes durchbrochene Membranabdeckplatte zur Übertragung der Wärme auf die Haut des Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2) und die Kathode (3) rohrförmig und koaxial zueinander angeordnet sind, die Halterung für den Halter (1) aus einem ringförmigen Teil (ft, 8) aus wärmeleitendem Material mit hoher Wärmekapazität besteht, das die Heiz- und Temperatursteuereinrichtung (13,15) aufweist, und die Membranabdeckplatte (7) eine einzige öffnung hat, die so dimensioniert ist, daß der Teil der Membran (5), der das Ende der Kathode (3) bedeckt, freiliegt, wobei die Membran (5) duch die Membranabdeckplatte (7) derart an die unteren Stirnflächen der Elektroden (2, 3) angedrückt wird, daß sie faltenlos gespannt ist. jo

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daL das isolierende Material (4) zwischen der Anode (2) und der Kathode (3) Glas ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Halter (1) ein ri; yformiger Elektrolyt (9) und eine Luftpassage (10) vorgesehen sind, die den Elektrolyten mit der Außenatmosphäre verbindet

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) mit der unteren Stirnfläche des Halters (1) durch einen Klebstoff verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1) und die Membran (5) aus dem gleichen organischen Material bestehen und die Membran mit dem unteren Ende des Halters durch einen Wärrneklabstoff verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1) einen feststehenden, die Anode (2) umgebenden Teil (1) und einen lösbaren Teil (1') umfaßt, mit dem die Membran (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Teil (1') und die Membran (5) durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Teil (V) und die Membran (5) aus dem gleichen organischen Material bestehen und durch einen Wärmeklebstoff miteinander verbunden sind,