DE4312431C1 - Device for controlled delivery of nitrous oxide to respirator - for treatment of adult respiratory distress syndrome - Google Patents

Device for controlled delivery of nitrous oxide to respirator - for treatment of adult respiratory distress syndrome

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Abstract

Device for controlled dosing of NO to the breathing air of a patient comprises: (a) a respirator (1); (b) an NO tank (3) connected to the respirator via a metering unit (4); (c) an analyser (2) comprising a chemiluminescent detector for measuring the NO and NO2 concn. in the breathing air, connected to a tube (13) leading from the respirator to the patient (12); (d) a control device (6a) connected to the analyser for controlling the metering unit; (e) a gas cooler (23) in the line between the respirator and analyser; and (f) a pump between the gas cooler and analyser. USE/ADVANTAGE - The device is useful in the treatment of adult respiratory distress syndrome. The device responds rapidly to changes in NO and NO2 concn. (cf. US4150670).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur kontrollierten Zu­ dosierung von NO zur Atemluft von Patienten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for controlled dosing of NO to breathing air of patients according to the preamble of claim 1.

Ein Gerät zur kontrollierten Zufuhr eines Stickstoffoxids zur Atemluft geht aus der US 4 150 670 hervor.A device for the controlled supply of a nitrogen oxide for breathing air is evident from US 4 150 670.

ARDS (adult respiratory distress syndrome) ist ein schweres Lungenversagen des Erwachsenen, bei dem neben einer anhaltenden schweren Störung des Gasaustausches der Lunge ein Bluthochdruck im Lungenkreislauf erfolgt. Dieser Hochdruck führt zu einer schweren Rechts-Herz Belastung und in Konsequenz zu einem Rechts-Herz-Ver­ sagen. Außer bei ARDS kann Hochdruck im Lungenkreislauf auch auftreten bei frühgeborenen Kindern und bei be­ stimmten Herzmißbildungen. Der Hochdruck im Lungenkreis­ lauf kann an sich gesenkt werden durch Verabreichung blutdrucksenkender Mittel. Diese wirken jedoch auf den gesamten Blutkreislauf. Da der Blutdruck bei Patienten mit ARDS in der Regel schon zu niedrig ist, können sol­ che blutdrucksenkenden Mittel daher nur mit großen Ein­ schränkungen verabreicht werden.ARDS (adult respiratory distress syndrome) is a severe lung failure of the adult, in addition to a persistent severe disruption of gas exchange the lungs have high blood pressure in the pulmonary circulation. This high pressure leads to a severe right heart Stress and as a consequence to a right heart ver say. Except for ARDS, high pressure can occur in the pulmonary circulation also occur in premature babies and be agreed heart malformations. The high pressure in the lung circle Run can be reduced in itself by administration  antihypertensive agents. However, these affect the entire bloodstream. Because the blood pressure in patients with ARDS is usually too low, sol che antihypertensive agents therefore only with large Ein restrictions are administered.

Seit einigen Jahren ist es bekannt, daß durch Zudosie­ rung von NO zur Atemluft von Patienten der Hochdruck im Lungenkreislauf gezielt gesenkt werden kann. Das NO wirkt gefäßerweiternd und führt infolge der Vergröße­ rung des Gefäßquerschnittes zu einer Senkung des Blut­ druckes im Lungenkreislauf. Schwierigkeiten bereitet die Behandlung mit NO insofern, als sich in der Lunge des Patienten aus NO teilweise giftiges NO2 bildet. Außerdem muß eine störungsfreie Behandlung mit NO über einen Zeitraum von mehreren Wochen sichergestellt sein.For several years it has been known that the addition of NO to the breathing air of patients can be used to specifically reduce the high pressure in the pulmonary circulation. The NO has a vasodilatory effect and, due to the enlargement of the vascular cross-section, leads to a reduction in blood pressure in the pulmonary circulation. Treatment with NO presents difficulties in that NO 2 partially forms toxic NO 2 in the patient's lungs. In addition, trouble-free treatment with NO must be ensured over a period of several weeks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ge­ rät zur kontrollierten Zudosierung von NO zur Atemluft von Patienten der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen sicheren Dauer­ betrieb gewährleistet und sehr schnell auf unzulässigen Änderungen der Konzentration von NO und NO2 in der Atem­ luft des Patienten reagiert. Ausgehend von dem im Ober­ begriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.The invention is therefore based on the object advises a device for controlled metering of NO to the breathing air of patients of the type mentioned, which ensures safe continuous operation and air very quickly on impermissible changes in the concentration of NO and NO 2 in the breath the patient's reaction. Starting from the prior art considered in the preamble of claim 1, this object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät dient als Analysator ein Chemilumineszenzdetektor, welcher den Vorteil hat, daß mit ihm gleichzeitig die Konzentration von NO und NO2 ermittelt werden kann. Da Chemilumineszenzdetektoren sehr empfindlich auf Feuchtigkeit reagieren, was zu un­ erwünschten Nebeneffekten und Betriebsausfällen führen kann, ist in der zum Chemilumineszenz­ detektor führenden Meßgasleitung ein Meßgaskühler ange­ ordnet, in welchem im Atemgas befindliche Feuchtigkeit auskondensiert wird. Hierdurch wird erreicht, daß das Gerät über lange Zeiträume störungsfrei arbeitet. Des weiteren ist in der zum Chemilumineszenzdetektor füh­ renden Meßgasleitung eine Meßgaspumpe angeordnet. Diese zieht aus dem vom Respirator zum Patienten führenden Tubus eine größere Menge Atemluft ab, als der Chemi­ lumineszenzdetektor an sich benötigt. Die nicht benö­ tigte Meßgasmenge wird über eine Bypassleitung an die Umgebung abgegeben. Hierdurch wird erreicht, daß Ände­ rungen der Konzentration von NO und NO2 sehr schnell vom Analysator erfaßt werden und die NO-Dosierung ge­ gebenenfalls entsprechend geändert werden kann. Auf die Bildung unzuverlässiger Konzentrationen von NO2 in der Atemluft des Patienten wird somit sehr schnell und wirksam reagiert.In the device according to the invention, a chemiluminescence detector serves as the analyzer, which has the advantage that it can be used to determine the concentration of NO and NO 2 at the same time. Since chemiluminescence detectors are very sensitive to moisture, which can lead to undesirable side effects and breakdowns, a sample gas cooler is arranged in the sample gas line leading to the chemiluminescence detector, in which moisture in the breathing gas is condensed out. This ensures that the device works properly for long periods of time. Furthermore, a sample gas pump is arranged in the sample gas line leading to the chemiluminescence detector. This draws a larger amount of breathing air from the tube leading from the respirator to the patient than the chemi-luminescence detector itself requires. The amount of sample gas not required is released to the environment via a bypass line. This ensures that changes in the concentration of NO and NO 2 are detected very quickly by the analyzer and the NO dosage can be changed accordingly if necessary. The reaction to the formation of unreliable concentrations of NO 2 in the patient's breathing air is therefore very quick and effective.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form.The drawing illustrates an embodiment the invention in schematic form.

Die wesentlichen Bestandteile des in der Zeichnung dar­ gestellten Gerätes sind der Respirator 1, der Analysator 2, der NO-Dosierbehälter 3, die Dosiereinheit 4 mit Steuerventilen 5 und das Steuerungsgerät 6a. Die Steuer- und Regelverbindungen sind in der Zeichnung gestrichelt dargestellt, die Gasleitungen sind als ausgezogene Li­ nien wiedergegeben. Diese Verbindungen sind überwiegend nicht mit Bezugszeichen versehen worden.The essential components of the device shown in the drawing are the respirator 1 , the analyzer 2 , the NO dosing container 3 , the dosing unit 4 with control valves 5 and the control device 6 a. The control and regulation connections are shown in dashed lines in the drawing, the gas lines are shown as solid lines. Most of these connections have not been provided with reference numerals.

Der Respirator 1 ist das eigentliche Beatmungsgerät. Er besitzt Anschlüsse 7 und 8 für Atemluft und Sauerstoff, sowie einen Anschluß 9 zum Ableiten ausgeatmeter Luft. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft durchströmt das Inspirationsventil 10 und den Anfeuchter 11. Der Pati­ ent 12 erhält somit über den Tubus 13 warme, stark mit Sauerstoff und Feuchtigkeit angereicherte Atemluft.Respirator 1 is the actual ventilator. It has connections 7 and 8 for breathing air and oxygen, and a connection 9 for discharging exhaled air. The oxygen-enriched air flows through the inspiration valve 10 and the humidifier 11 . The patient 12 thus receives warm, strongly enriched with oxygen and moisture breathing air through the tube 13 .

Der NO-Dosierbehälter 3 ist eine Gasflasche und enthält 900 vpm NO in N2. Als Analysator 2 dient ein Chemilumi­ neszenzdetektor, der die Konzentrationen von NO und NO2 ermittelt. Das giftige NO2 entsteht in der Lunge des Patienten 12. Die Steuerventile 5 werden unter anderem vom Signal des Inspirationsventiles 10 mitgetaktet. So­ mit wird nur während der inspiratorischen Phase (Ein­ atmen) der zudosierte NO- bzw. NO2-Gehalt analysiert, während der exspiratorischen Phase (Ausatmen) jedoch das ausgeatmete Gasgemisch. Diese Anordnung ermöglicht es daher, das Analyseprodukt weiterzuinterpretieren und insbesondere aufgenommenes NO und entstandenes NO2 ent­ sprechend zu deuten. Neben anderen Faktoren ist die Menge des aus dem NO-Dosierbehälter 3 in den Tubus 13 eingespeisten NO maßgeblich für die Menge des gebildeten NO2. Im Analysator 2 reagiert NO mit Ozon, welches der Analysator 2 selbst erzeugt. Bei dieser Reaktion ent­ steht Licht, dessen Intensität repräsentativ für die Konzentration des NO ist. Für den Betrieb des Analysa­ tors 2 ist ein Prüfgas erforderlich, welches sich in der Prüfgasflasche 14 befindet. Es besteht aus 90 vpm NO in Stickstoff und dient zur Überprüfung bzw. Kali­ brierung des Analysators 2. Außerdem sind eine Vakuum­ pumpe 15 und ein Trockenluftgenerator 16 für den Be­ trieb des Analysators 2 erforderlich. Die im Analysator 2 ermittelten Konzentrationen von NO und NO2 werden kontinuierlich mit dem Registriergerät 17 aufgezeichnet. Die ermittelten Konzentrationswerte werden an das Steu­ erungsgerät 6a weitergeleitet, welches wiederum über die Dosiereinheit 4 und die Steuerventile 5 die dem Patienten zugeführte NO-Menge nachreguliert.The NO dosing container 3 is a gas bottle and contains 900 vpm NO in N 2 . A chemiluminescence detector, which determines the concentrations of NO and NO 2, serves as analyzer 2 . The toxic NO 2 arises in the patient's lungs 12 . The control valves 5 are also clocked by the signal of the inspiration valve 10 . The NO or NO 2 content metered in is only analyzed during the inspiratory phase (breathing in), but the exhaled gas mixture is analyzed during the expiratory phase (breathing out). This arrangement therefore makes it possible to further interpret the analysis product and, in particular, to interpret the NO and NO 2 formed accordingly. Among other factors, the amount of NO fed into the tube 13 from the NO dosing container 3 is decisive for the amount of NO 2 formed . In analyzer 2 , NO reacts with ozone, which analyzer 2 generates itself. This reaction produces light, the intensity of which is representative of the concentration of NO. A test gas, which is located in the test gas bottle 14, is required for the operation of the analyzer 2 . It consists of 90 vpm NO in nitrogen and is used to check or calibrate the analyzer 2 . In addition, a vacuum pump 15 and a dry air generator 16 are required for the operation of the analyzer 2 . The concentrations of NO and NO 2 found in the analyzer 2 is continuously recorded with the recording device 17th The determined concentration values are forwarded to the control unit 6 a, which in turn regulates the amount of NO supplied to the patient via the dosing unit 4 and the control valves 5 .

Durch Messung des durch die Anschlüsse 7 und 8 strömen­ den Volumenstroms von Atemluft und Sauerstoff und auf­ grund der am Kontroll- und Regelgerät 6b eingestellten Konzentration errechnet das Kontroll- und Regelgerät 6b den erforderlichen Volumenstrom an zuzudosierendem NO. Dieser wird durch die Ventileinstellung festgelegt. An­ stelle eines Ventiles können auch mehrere parallel ge­ schaltete Ventile hierzu verwendet werden. Der in der NO-Dosierleitung gemessene NO-Volumenstrom wird als Regelgröße zurückgeführt. Aufgrund des Analysenwertes von NO regelt das Kontroll- und Regelgerät 6b die zu­ dosierte NO-Menge nach (doppelt vermaschter Regelkreis).By measuring the volume flow of breathing air and oxygen flowing through the connections 7 and 8 and based on the concentration set on the control and regulating device 6 b, the control and regulating device 6 b calculates the required volume flow of NO to be metered in. This is determined by the valve setting. Instead of one valve, several valves connected in parallel can also be used for this purpose. The NO volume flow measured in the NO metering line is fed back as a controlled variable. On the basis of the analysis value of NO, the control and regulating device 6 b adjusts the amount of NO to be metered in (double-meshed control loop).

Dieses Regelkonzept ermöglicht es, nicht nur eine vo­ lumenskontrollierte Beatmung zu wählen, sondern auch sämtliche anderen Beatmungsformen zu praktizieren. Die NO-Konzentrationen werden hierbei immer konstant ge­ halten. Es ist daher auch die Beatmungsform der Spontan­ atmung denkbar, so daß auch nicht Vollintensivpatienten beatmet werden können.This control concept enables not only one vo to choose lumen-controlled ventilation, but also to practice all other forms of ventilation. The NO concentrations are always constant hold. It is therefore the spontaneous form of ventilation breathing conceivable, so that not also full-intensity patients can be ventilated.

Zusätzlich ist eine Grenzwertüberwachungseinheit 18 zwischen Analysator 2 und Steuerungsgerät 6a angeordnet. Diese schaltet die NO-Zufuhr zum Patienten ab, wenn im Tubus 13 eine für den Patienten gefährliche Konzentra­ tion von mehr als 60 vpm NO im Atemgas gemessen wird.In addition, a limit value monitoring unit 18 is arranged between analyzer 2 and control device 6 a. This switches off the NO supply to the patient when a concentration of more than 60 vpm NO in the breathing gas which is dangerous for the patient is measured in the tube 13 .

Das Meßgas für den Analysator 2 wird aus dem Tubus 13 durch den Analyseabzug 19 entnommen. Der Analyseabzug 19 soll möglichst nahe am Patienten sein. Der Chemilu­ mineszenzdetektor arbeitet mit starkem Unterdruck, so daß an sich das Meßgas durch den Analyseabzug 19 selbst­ tätig zum Analysator 2 strömen würde. Es ist jedoch eine Meßgaspumpe 20 vorgesehen, welche in Verbindung mit einem Durchflußüberwachungsgerät 21 ei­ ne n erheblich größeren Meßgasstrom aus dem Tubus 13 ab­ zieht, als für den Betrieb des Analysators erforderlich ist. Bei einem ausgeführten Gerät werden 3 l/min Meßgas abgezogen während der Chemilumineszenzdetektor nur 0,7 l/min benötigt. Die überschüssige Menge an Meßgas wird durch die Bypassleitung 22 abgeführt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß Änderungen der Konzentration von NO und NO2 im Atemgas sehr schnell vom Analysator 2 ermittelt werden. Entsprechend schnell kann mittels des Steuerungsgerätes 6a und des Kontroll- und Regelgerätes 6b die NO-Zufuhr nachreguliert werden.The measuring gas for the analyzer 2 is removed from the tube 13 through the analysis trigger 19 . The analysis trigger 19 should be as close as possible to the patient. The Chemilu minescence detector works with a strong negative pressure, so that the measuring gas itself would flow through the analysis fume cupboard 19 to the analyzer 2 . However, a sample gas pump 20 is provided which, in conjunction with a flow monitor 21 , draws a significantly larger sample gas flow from the tube 13 than is required for the operation of the analyzer. With one device, 3 l / min of sample gas are drawn off, while the chemiluminescence detector requires only 0.7 l / min. The excess amount of measurement gas is discharged through the bypass line 22 . This measure ensures that changes in the concentration of NO and NO 2 in the breathing gas are determined very quickly by analyzer 2 . Accordingly can quickly by means of the control device 6a and the monitoring and control device 6 b the NO supply can be readjusted.

Patienten mit ARDS müssen oft über Zeiträume von meh­ reren Wochen mit NO behandelt werden. Während dieser Behandlungsdauer soll das Gerät möglichst störungsfrei arbeiten. Um dies zu erreichen, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung im Analyseabzug 19 ein Meßgasküh­ ler 23 angeordnet. Durch den Meßgaskühler 23 wird die Feuchtigkeit aus dem Analysegasstrom weitgehend entfernt, ohne daß es zu irgendwelchen Reaktionen von NO und NO2 kommt. Diese Feuchtigkeit könnte im Analysator 2 zu Nebeneffekten bis hin zum Betriebsausfall führen. Die im Meßgaskühler 23 entfernte Feuchtigkeit wird mittels der Kondensatpumpe 24 in die Kondensatsammelflasche 25 geleitet und von Zeit zu Zeit entfernt.Patients with ARDS often need to be treated with NO for periods of several weeks. During this treatment period, the device should work as trouble-free as possible. To achieve this, according to a further feature of the invention, a measuring gas cooler 23 is arranged in the analytical fume cupboard 19 . The measuring gas cooler 23 largely removes the moisture from the analysis gas stream without any reactions of NO and NO 2 . This moisture could lead to side effects in the analyzer 2 and even to a breakdown. The moisture removed in the measuring gas cooler 23 is conducted into the condensate collection bottle 25 by means of the condensate pump 24 and removed from time to time.

Durch die schnelle Änderung der NO-Dosierung aufgrund der ermittelten Konzentrationen von NO und NO2 wird vorteilhafterweise erreicht, daß sich möglichst wenig an giftigen NO2 bildet.The rapid change in the NO dosage based on the determined concentrations of NO and NO 2 advantageously ensures that as little toxic NO 2 as possible is formed.

Claims (3)

1. Gerät zur kontrollierten Zudosierung von NO zur Atem­ luft von Patienten, bestehend aus
  • a) einem Respirator (Beatmungsgerät) (1),
  • b) einem an den Respirator (1) angeschlossenen NO-Dosier­ behälter (3),
  • c) einer zwischen Respirator (1) und Dosierbehälter (3) angeordneten Dosiereinheit (4),
  • d) einem an den vom Respirator (1) um Patienten führenden Tubus (13) angeschlossenen Analysator (2) zur Bestimmung der Konzentration von NO und NO2 in der Atemluft des Patienten,
  • e) einem an den Analysator angeschlossenen und auf die Dosiereinheit wirkenden Steuerungsgerät (6a) dadurch gekennzeichnete daß
  • f) der Analysator (2) als Chemilumineszenzdetektor ausgebildet ist,
  • g) in der Verbindungsleitung zwischen Respirator (1) und Analysator (2) ein Meßgaskühler (23) ange­ ordnet ist und
  • h) in der Verbindungsleitung zwischen Analysator (2) und Meßgaskühler (23) eine Meßgaspumpe (20) angeordnet ist.
1. Device for the controlled addition of NO to the breathing air of patients, consisting of
  • a) a respirator (ventilator) ( 1 ),
  • b) a NO dosing container ( 3 ) connected to the respirator ( 1 ),
  • c) a metering unit ( 4 ) arranged between the respirator ( 1 ) and the metering container ( 3 ),
  • d) an analyzer ( 2 ) connected to the tube ( 13 ) leading around the patient from the respirator ( 1 ) for determining the concentration of NO and NO 2 in the patient's breathing air,
  • e) a control device ( 6 a) connected to the analyzer and acting on the dosing unit, characterized in that
  • f) the analyzer ( 2 ) is designed as a chemiluminescence detector,
  • g) in the connecting line between the respirator ( 1 ) and analyzer ( 2 ) a sample gas cooler ( 23 ) is arranged and
  • h) a sample gas pump ( 20 ) is arranged in the connecting line between analyzer ( 2 ) and sample gas cooler ( 23 ).
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an den Analysator (2) ange­ schlossene und auf das Steuerungsgerät (6a) wirkende NO-Grenzwertüberwachungseinheit (18).2. Device according to claim 1, characterized by a connected to the analyzer ( 2 ) and acting on the control device ( 6 a) NO limit monitoring unit ( 18 ). 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erfassen des Inspirationsvolumensstroms aus Atemluft und Sauer­ stoff, des NO-Volumenstroms, sowie eine Kontroll- und Regeleinheit (6b) zum Nachführen der zuzudosie­ renden Menge an NO.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by means for detecting the inspiratory volume flow from breathing air and oxygen, the NO volume flow, and a control and regulating unit ( 6 b) for tracking the amount of NO to be added.
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