ES2281074T3 - Metodos y aparato de equilibrado rapido de una composicion de gas disuelto. - Google Patents
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Abstract
SE PRESENTA UN APARATO Y UN METODO DE EQUILIBRADO DE UNA COMPOSICION DE GAS DISUELTO DE UN FLUIDO ACUOSO PARA REFLECTAR LA COMPOSICION DE GAS PREDETERMINADA CONTENIDA EN EL DEPOSITO DE EQUILIBRADO DEL GAS. EL FLUIDO ACUOSO EQUILIBRADO PUEDE SER UTILIZADO EN UN METODO DE DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE UN GAS DISUELTO EN UN FLUIDO DE MUESTRA. EN UN MODELO, SE UTILIZA EL METODO PRESENTADO PARA CONTROLAR LA COMPOSICION DE GAS EQUILIBRADO DE UN FLUIDO CALIBRADOR QUE, A SU VEZ, SE UTILIZA PARA MEDIR LA CONCENTRACION DE UN GAS DISUELTO, TAL COMO OXIGENO Y DIOXIDO DE CARBONO, EN FLUIDO DE MUESTRA, TAL COMO SANGRE ENTERA.
Description
Métodos y aparato de equilibrado rápido de una
composición de gas disuelto.
La presente invención se refiere a métodos para
proporcionar a un dispositivo detector, que necesita una
calibración, un fluido de calibración que tiene una composición
predeterminada de gases disueltos. En la presente invención, el
fluido de calibración que tiene una composición predeterminada de
gases disueltos es proporcionado no para intentar controlar la
composición de gases disueltos en el fluido de calibración mientras
el fluido de calibración está en almacenamiento, sino para
equilibrar rápidamente la composición de gases disueltos del fluido
de calibración hasta los niveles predeterminados deseados, a medida
que el fluido de calibración es puesto en contacto con el
dispositivo detector.
Los métodos para calibrar un detector de oxígeno
o dióxido de carbono para el análisis de gases en sangre se conoce
que usan gases húmedos de composición conocida. Las concentraciones
de oxígeno y dióxido de carbono se seleccionan para que abarquen el
intervalo de valores anticipados para las mediciones clínicas.
Normalmente, los analizadores de gases en sangre actualmente usados
requieren un método de calibración de dos puntos que usa gases de
la siguiente composición: 0% de oxígeno, 10% de dióxido de carbono y
el resto nitrógeno; y, en segundo lugar, 12% de oxígeno, 5% de
dióxido de carbono y el resto nitrógeno. Los detectores
amperométricos como los que miden la concentración de oxígeno son
calibrados a "cero" y en el extremo elevado del intervalo. La
calibración "cero" es importante y que hace posible que
cualquier corriente de fondo residual sea sustraída de la medición.
Los detectores potenciométricos, como los que miden dióxido de
carbono, son frecuentemente calibrados a un valor "bajo" y un
nivel "elevado". Las mezclas de gases usadas en la calibración
son proporcionadas desde cilindros equipados con reguladores de la
presión que están unidos directamente al analizador. Estos
analizadores son comúnmente dispositivos de mesa de laboratorio.
Más particularmente, la patente de EE.UU: Nº
5.231.030 otorgada a Deetz et al. el 27 de julio de 1993,
describe un sistema de calibración insensible a la temperatura que
consiste en dos fases: (i) una solución de perfluorocarburo que
contiene oxígeno; (ii) una fase acuosa que contiene dióxido de
carbono y que contiene un soluto insoluble en la primera fase. Los
solutos incluyen agentes complejantes de dióxido de carbono,
etilendiamina, bicarbonato, ion de calcio, ion de hidróxido y
otros. El sistema de fases múltiples es mantenido bajo un atmósfera
de almacenamiento sellada, "que mantiene las condiciones de
deseadas en equilibrio durante la vida en almacenamiento del
sistema". El sistema descrito es estrictamente para controlar la
composición de la atmósfera durante el almacenamiento y contempla
un control sobre la composición de gases, después de que el fluido
de calibración es liberado del envase usado para el
almacenamiento.
Una segunda patente Deetz et al. EE.UU.
5.223.433, fue otorgada el 29 de junio de 1993. Análogamente, esta
patente describe un sistema para controlar la concentración de gases
en un "medio" de muestras independiente de un intervalo dado
de temperatura. Se dice que el control es conseguido incluyendo un
"depósito" que es más sensible a los cambios de temperatura
que el "medio" de muestras en sí mismo. Por tanto, la
atmósfera, que es común tanto al medio de muestras como al
depósito, está llena o agotada de gases casi exclusivamente del
contenido del depósito, que está hecho para responder a los cambios
efectuados por el un cambio en la temperatura más rápido que el
medio de muestras. De esta forma, la fuerza conductora para liberar
o adsorber los gases disueltos del medio hasta la atmósfera común
es ajustada con el fin de disminuir los cambios en la concentración
de los gases disueltos en el medio en respuesta a los cambios de
temperatura (véase, en particular, la sección de sumario de la
memoria
descriptiva).
descriptiva).
La patente de EE.UU. Nº 5.096.669, otorgada a
Lauks et al. de 17 de marzo de 1992 describe un dispositivo
desechable análogo al descrito en la presente invención, que incluye
un alojamiento detector, medios de retención y conducto. La patente
5.096.669 expone también un embolsamiento que contiene fluido de
calibración para calibrar los detectores del dispositivo. Sin
embargo, la materia objeto de la presente solicitud no es descrita,
supuesta ni
sugerida.
sugerida.
Por otra parte, ENHER et al., en la
patente de EE.UU. Nº 4.871.439, que fue otorgada el 3 de octubre de
1989, describe un envase de electrodos de
auto-calibración desechable en el que están
presentes uno o más recipientes de referencia o solución de
electrolito de calibración. Preferentemente, son usados dos
recipientes que tienen composiciones diferentes para permitir
que el sistema sea calibrado sobre una base de dos puntos (véase la
columna 4 línea 26). Son descritos también pares de electrodos de
oxígeno y dióxido de carbono. La patente de EE.UU. Nº 4.734.184,
concedida a Burleigh et al. el 29 de marzo de 1988, contiene
la misma descripción que la patente 4.871.439 de
Enzer et al.
Enzer et al.
La patente de EE.UU. Nº 4.116.336, otorgada a
Sorensen et al. el 26 de septiembre de 1978, describe un
conjunto de calibración que contiene un liquido de referencia
"para la calibración y/o control de calidad de analizadores de
gases en sangre". El liquido de referencia está incluido en un
recipiente flexible hermético a los gases para la exclusión de
cuales quiera burbujas gaseosas. (La presión total en el líquido es
mantenida por debajo de 600 mm de Hg para evitar cualquier peligro
de formación de burbujas gaseosas). El equilibrado de la composición
de gases del líquido de referencia sobre el detector no es
descrito, supuesto ni sugerido. Además de ello, está patente expone
que la transferencia del liquido de referencia desde el envase hasta
el instrumento debe ser hecha de forma anaeróbica. Además, la
patente 4.116.336 menciona el equilibrado solamente en el contexto
de preparar un líquido de referencia antes del envasado. (De hecho,
el procedimiento de equilibrado es realizado durante una noche a
una presión especificada de 600 mm de Hg antes del envasado).
La patente de EE.UU. Nº 4.062.750 otorgada a
Butler, el 13 de diciembre de 1977, describe un método de
microfabricación para la elaboración de un detector de oxígeno
polarográfico de película fina. La capa permeable a los gases, que
puede ser establecida mediante métodos de macro- o
micro-fabricación, está destinada no obstante a
incluir electrodos tanto de trabajo como de referencia
completamente apara formar una estructura encerrada. Adicionalmente,
en la línea 43 y siguientes, la patente 4.062.750 describe un
método de recalibración que usa aire del ambiente y la suficiencia
de una calibración por puntos. Son embargo, no hay ninguna
explicación en lo que respecta al equilibrado del fluido de
calibración.
También, Hahn, C E W., en la publicación J.
Phys. E: Sci Instrum. (1980) 13:470-482, señala
un articulo de investigación en el que se exploran los principios
de la medición de gases en sangre, con una exposición exhaustiva
del desarrollo histórico de los analizadores de gases en sangre. En
la sección 3.2.4., se describe el calibrado tanto de aire como de
líquidos. El rápido control sobre la composición de gases fluidos en
las proximidades del propio detector no es un asunto que sea
siquiera abordado. La descripción expone también electrodos para la
medición de la presión parcial de gases de dióxido de carbono y
óxido nitroso.
El documento US A-5057278
describe un aparato para el equilibrado de la composición de gases
disueltos de un fluido en calibración acuoso.
El documento US A-4739645
describe un sistema de calibración con una zona de calibración y una
cámara de depósito conectada mediante un conducto.
Por tanto, continua habiendo una necesidad de un
método calibración que no se pase en un control sobre la
composición de gases disueltos en un fluido de calibración en
almacenamiento, control que puede ser difícil y finalmente
insostenible de mantener durante un período largo de
almacenamiento.
La presente invención se refiere a dispositivo
métodos para determinar la composición de gases disueltos de
fluidos, que incluyen muestras de fluidos biológicos como sangre,
plasma y similares. Por tanto, es un objeto de la presente
invención proporcionar un cartucho para tomar mediciones de gases
disueltos en un fluido, que comprende: (a) un alojamiento con una
pluralidad de zonas, que incluye una zona detectora y una zona del
fluido de calibración; (b) un detector de gases colocado en la zona
detectora del alojamiento; (c) al menos un conducto que une la zona
detectora con la zona de fluido de calibración del alojamiento; y
(d) un depósito de equilibrado de gases que contiene una
composición predeterminada de gases de calibración, depósito que
está colocado en el conducto de forma que un fluido de calibración
puesto en contacto con el depósito experimenta un intercambio
rápido de los gases disueltos en el fluido de calibración con los
contenidos en el depósito, para proporcionar un fluido de
calibración con una composición equilibrada de gases disueltos que
refleja sustancialmente la composición predeterminada de gases de
calibración contenidos en el depósito. Además de ello, el conducto
y la zona detectora tienen una configuración que permite el
desplazamiento del fluido de calibración equilibrado y una fluido
de muestra a través del detector de gases.
Por tanto, es también un objeto de la presente
invención proporcionar un depósito de gases en el que pueda ser
introducida una composición predeterminada de gases y que permite un
rápido intercambio de gases entre el depósito y un fluido acuoso
con el que está en contacto, de forma que la composición de gases
disueltos equilibrada en el fluido acuoso refleja sustancialmente
la composición predeterminada de gases del depósito. Por tanto,
según la presente invención, se proporciona un método como se expone
en las reivindicaciones 1 y 13 respectivamente, para el rápido
equilibrado de la composición de gases disueltos en un fluido
acuoso.
Las Figs. 1A, 1B y 1C ilustran realizaciones en
las que el depósito de equilibrado de gases comprende una serie de
elementos del espacio cabecero dispuestos de diversas formas
alrededor de los medios detectores de gases.
La Fig. 1D muestra una realización en que la el
depósito de gases comprende un material sólido/semisólido colocado
sobre los medios detectores de gases.
La Fig. 1E ilustra el uso de una membrana
permeable a los gases que separa el depósito de gases del espacio
de fluido/conducto.
Las Figs. 2A y 2B ilustran una secuencia en la
que un fluido de calibración es equilibrado en una zona situada más
allá de la zona detectora, haciéndolo volver seguidamente a la zona
detectora para la etapa de calibración. El fluido de calibración
seria seguidamente desplazado por el fluido de la muestra.
Claramente, hay una ventaja en proporcionar a
los facultativos sistemas de análisis de sangre que sean compactos,
portátiles y fáciles de usar en el lugar del lecho del paciente.
Está tecnología es descrita en la patente de EE.UU.
nº 5.096.669.
nº 5.096.669.
Sin embargo, será evidente a partir de la
consideración de la memoria descriptiva de esta patente que el
proporcionar cartuchos de uso único con los medios para un
calibrado de dos puntos convencional de los detectores de oxígeno y
dióxido de carbono contenidos en el mismo, usando el método
anteriormente descrito para analizadores de mesa de laboratorio,
presenta problemas significativos de ingeniería.
Se ha descubierto por los presentes inventores
que a través de la microfabricación de detectores de oxígeno y
usándolos en un dominio de tiempos controlados, es decir, después de
un humedecimiento rápido durante un período de tiempo especificado
a partir del estado seco, es posible obtener un corriente de fondo
congruente de dispositivo a dispositivo. Está técnica, que se ha
encontrado que es sorprendentemente eficaz, elimina la necesidad de
un calibrado "0". Esta técnica está también en contraste
directo con los métodos convencionalmente usados para la
calibración de dispositivos que no son microfabricados, en los que
la falta de control "dimensional" sobre los elementos
funcionales hace necesario realizar una calibración "0". Para
detalles adicionales sobre métodos de utilización de detectores
microfabricados durante un humedecimiento, el lector puede recurrir
a la descripción de la patente de EE.UU.
Nº 5.112.455.
Nº 5.112.455.
Además, se ha descubierto ahora que un detector
de dióxido de carbono ponteciométrico microfabricado según la
presente invención se puede hacer funcionar también en un intervalo
de tiempos controlado, es decir, después de un rápido
humedecimiento durante un período de tiempo fijo a partir del estado
seco, para exhibir una producción congruente de dispositivo a
dispositivo. Este procedimiento permite análogamente un calibración
de punto único. Por tanto, en una realización de la presente
invención, se efectúa una etapa de calibración de punto único
equilibrando rápidamente la composición de gases disueltos en un
fluido de calibración hasta una presión parcial de oxígeno de 150
mm de Hg y una presión parcial de dióxido de carbono de 30 mm de Hg
a 37ºC y poniendo en contacto el detector que va ser calibrado con
el fluido de calibración equilibrado.
El equilibrado del fluido de calibración, que
comprende una mezcla acuosa que contiene una concentración
predeterminada de una diversidad de especies de analitos (véase,
por ejemplo, el fluido de calibración descrito en la patente de
EE.UU. Nº 5.112.455) se consigue exponiendo el fluido de calibración
a un depósito de gases de una composición predeterminada. Debe
apreciarse que aunque el fluido de calibración acuoso puede ser
rápidamente equilibrado mediante el aparato y el método de la
presente invención, el fluido de muestra (normalmente una muestra de
sangre completa) tendrá generalmente una capacidad tamponante de
oxígeno mucho mayor, de forma que su concentración de oxígeno
resultará inalterada mediante un contacto con el depósito de gases
que se describe más en detalle con posterioridad.
Esta capacidad tamponante de oxígeno es
generalmente cierta para muestras de sangre con una presión parcial
de oxígeno por debajo de aproximadamente 100 mm de Hg. Sin embargo,
algunas muestra de sangre en la que la \rhoO_{2} está bastante
en exceso de 100 mm de Hg (es decir, la sangre contiene oxígeno
bastante en exceso de la capacidad tamponante de la sangre), por
ejemplo, las tomadas de pacientes sometidos a terapia de oxígeno,
se equilibraran de una manera similar al fluido de calibración.
Incluso bajo estas circunstancias, es posible todavía obtener una
medición exacta del oxígeno disuelto porque el tiempo de respuesta
rápido de los detectores microfabricados permite que se realice una
medición en aproximadamente diez segundos después del primer
contacto de los detectores con una muestra de sangre. El tiempo
reducido para el equilibrado permite que la medición se haga
bastante antes de que el exceso de oxígeno resulte equilibrado con
el depósito.
En la realización preferida, puede ser necesario
corregir la medición para la variación el la presión ambiental, ya
que la invención de debe funcionar del intervalo de la presión
barométrica habitualmente encontrada. Por ejemplo, si el aparato
está envasado en aire a una presión ambiental de 760 mm de Hg, pero
es abierto a una presión de 750 mm de Hg por ejemplo, a una
elevación superior, el aire en el depósito se reajustara rápidamente
a 750 mm de Hg sin cambiar los porcentajes relativos de gases. Bajo
estas circunstancias, el depósito se equilibrará con el fluido de
calibración para producir una concentración de gases disueltos que
refleja la presión parcial de ese gas en el depósito. Para el
oxígeno, está será de aproximadamente 20% de 750 mm de Hg en lugar
de 20% de 760 mm de Hg. Midiendo la presión ambiental usando un
dispositivo de lectura, se puede hacer una corrección de la
producción registrada del detector para tener en cuenta la variación
de la presión ambiental.
En la presente invención, el fluido de
calibración es expuesto al depósito de equilibrado de gases después
de la introducción del fluido de calibración en un conducto. (Los
medios detectores de gases están presentes en el conducto. En una
realización preferida de la presente invención, estos medios
detectores de gases comprenden un conjunto de microelectrodos para
realizar mediciones amperométricas o pontenciométricas). En una
realización preferida, el fluido de calibración es introducido en
el conducto desde un envase o embolsamiento de almacenamiento en el
que el fluido de calibración puede ser almacenado durante períodos
prolongados. Es importante destacar que la etapa
equilibrado/calibración es realizada en el momento en que se está
llevando a cabo la medición analítica de la composición de gases en
sí misma. Por tanto, no es necesario realizar ningún esfuerzo para
controlar la composición de gases disueltos del fluido de
calibración mientras está siendo preparado para el almacenamiento o
durante el período de almacenamiento dentro de su embolsamiento.
Mediante el aparato y el método de la presente
invención, la composición de gases disueltos del fluido de
calibración acuoso es controlada en un período de tiempo
sorprendentemente corto (normalmente, en 20 segundos a 3 minutos,
lo más normalmente en 60 segundos) en el momento del análisis.
El depósito de gases puede adoptar muchas formas
en la medida en que pueda ser preparado para albergar una
composición predeterminada de gases de calibración y sea capaz de
adaptarse al rápido intercambio de gases entre el mismo y un fluido
de calibración acuoso, que es puesto en contacto con el depósito, de
forma que la composición de gases equilibrada del fluido de
calibración acuoso refleje sustancialmente la composición
predeterminada de gases de calibración del depósito. Esencialmente,
el depósito de equilibrado de gases comprende un compartimento o
una serie de compartimentos que contienen una composición
predeterminada de gases. El compartimiento puede contener
simplemente la suma de las presiones parciales de una diversidad de
gases de calibración. A veces, el compartimento contiene un
material sólido o semisólido saturado con la composición
predeterminada de gases.
Por ejemplo, el depósito, en realizaciones
especificas de la presente invención, puede ser una pluralidad de
elementos de espacios cabeceros que contienen la composición
predeterminada de gases colocada en las proximidades de los medios
detectores de gases (Véase, por ejemplo, las Fig.
1A-1C). En otra realización, el depósito puede ser
un material sólido o semisólido en el que los gases de interés (por
ejemplo, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno y similares) tienen
una solubilidad elevada (véase, por ejemplo, la Fig. 1B). Los
materiales sólidos/semisólidos adecuados incluyen, pero sin
limitación, caucho de silicona, un material sinterizado poroso,
hidrogeles y similares. Mediante hidrogel se quiere indicar un gel
hidrófilo que comprende agua y un polímero hidrófilo, que incluye,
pero sin limitación, poli(óxido de etileno), poli(alcohol
vinílico), polivinilpirrolidona y similares. Como se estableció
anteriormente, sin embargo, el material debe ser capaz de adaptarse
a un flujo elevado de gas a través del material.
Además de ello, el depósito de gases (ya sea un
compartimento que comprende elemento(s) de espacio cabecero
o un material sólido/semisólido) puede estar en contacto directo con
el fluido de calibración o puede estar separado del mismo mediante
una membrana permeable a los gases (véase, por ejemplo, la Fig. 1E).
La presencia de una membrana permeable a los gases puede ofrecer
ciertas ventajas, como permitir un mayor control sobre las
dimensiones del material de calibración o fluidos de muestras en
contacto con el depósito de gases o los medios detectores de gases.
También, la membrana permeable a los gases puede evitar que el
fluido de calibración entre inapropiadamente en el depósito de
gases especialmente si el depósito de gases está en la forma de un
elemento del espacio cabecero, inundando así de forma no deseada la
composición predeterminada de gases del depósito de gases.
Además de ello, el volumen del depósito de gases
(por ejemplo, el volumen combinado de una pluralidad de elementos
del espacio cabecero, V_{HS}) es preferentemente tal que la
relación de volumen de depósito de gases (V_{GR}) al volumen de
al menos la parte del fluido de calibración con el que el depósito
de gases está en contacto directo (por ejemplo, el volumen de
fluido de calibración inmediatamente por debajo del depósito de
gases, V_{CF}) varía en el intervalo de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 5. Más preferentemente, la relación es
aproximadamente 1, lo más preferentemente, la relación es mayor que
1. En una realización específica, se proporciona un cartucho que
tiene un volumen del depósito de gases (por ejemplo, V_{HS}) que
varía en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 5 \mul,
preferentemente de aproximadamente 1 a 3 \mul.
Debe apreciarse también que el fluido de
calibración puede ser expuesto a una zona específica del conducto
en lugar de a un elemento separado o depósito formado en asociación
con el conducto. Por ejemplo, en la figura 2B, en la que el fluido
de calibración colocado justo para cubrir el detector, el fluido de
calibración puede equilibrarse con el segmento de aire en la parte
del conducto directamente adyacente al detector en este caso,
situado por debajo de los elemento del espacio cabecero. Por tanto,
está situación es una variante del método mostrado en la figura 2A
la que el fluido de calibración se hace avanzar en primer lugar
hasta una zona del depósito y seguidamente se hace volver a la
posición mostrada en la figura 2B. Por tanto, el fluido de
calibración puede ser equilibrado colocando simplemente la
superficie interfacial de gas-liquido en el conducto
próximo al detector, de forma que el fluido de calibración cubra
solo justo el detector. Como con los elementos del espacio cabecero
o depósito, el fluido de calibración, con la superficie interfacial
así colocada, se equilibrara rápidamente con la composición
predeterminada de gases presentes en la parte adyacente del
conducto.
La posición de la superficie interfacial
gas-líquido puedo ser controlada óptimamente (ya sea
visualmente o con un detector óptico) o mediante la respuesta de
los medios detectores de gases, por sí mismo. Preferentemente, el
conducto está equipado con un detector de conductividad para
determinar la posición de la superficie interfacial. Como se
muestra en la Fig. 2D, la superficie interfacial está colocada
preferentemente justo detrás de los medios detectores. Los
detectores de conductividad adecuados pueden ser producidos como se
describe, por ejemplo, en la patente de EE.UU. Nº 5.200.051.
Consecuentemente, la presente invención
contempla también un método para equilibrar rápidamente la
composición de gases disueltos de un fluido acuoso, que es usado
para calibrar unos medios detectores de gases en un conducto, que
comprende: (a) introducir en el conducto un fluido acuoso, en que el
conducto contiene una composición predeterminada de gases y está
equipado con unos medios detectores de gases para medir la
concentración de gas disuelto en una muestra de fluido; (b) colocar
la superficie interfacial gas-líquido del fluido
acuoso justo detrás de los medios detectores de manera que la
distancia entre la superficie interfacial y la parte del fluido
acuoso que está en contacto con los medios detectores de gases
resulte sustancial minimizada.
En una realización preferida de la invención,
los medios detectores de gases, conducto y el paquete de calibración
están contenidos en un alojamiento desechable que, a su vez, está
almacenado en un envase sellado. Por tanto, la presente invención
aprovecha la facilidad relativa mediante la cual la atmósfera en el
envase sellado puede ser controlada en el procedimiento de
envasado. Por ejemplo, la atmósfera del envase puede ser ajustada
par contener 20% de oxígeno y 80% de nitrógeno. Consecuentemente,
la composición predeterminada de gases en el depósito de gases será
la misma, es decir, 20% de oxígeno y 8% de nitrógeno. En el momento
de realizar el análisis de gases disueltos en el fluido, el envase
que contiene el alojamiento desechable preferido es abierto,
disipando la atmósfera controlada previa al envasado. Sin embargo,
debido a la naturaleza compleja del conjunto del alojamiento y los
conductos contenidos en el mismo, la composición predeterminada de
gases presentes en el depósito de gases (que corresponde a la
atmósfera controlada previa al envasado) se ha encontrado que
permanece sustancialmente inalterada durante un período de tiempo
suficiente (aproximadamente tres a cinco minutos), de forma que el
operario puede introducir el fluido de muestra en el conjunto de
alojamiento desechable, liberar y equilibrar el fluido de
calibración para que refleje la composición deseada de gases
disueltos. Se ha encontrado que el tiempo necesario para separar la
unidad desechable del envase, introducirla en la muestra de fluido
equilibrar el fluido de calibración sobre los medios detectores de
gases varia en el intervalo de uno a cinco minutos.
Preferentemente, se pasa a través de la operación de separar la
unidad desechable del envase para poner en contacto el fluido de
calibración con el depósito de gases en aproximadamente dos minutos.
El depósito de gases de la presente invención retiene la
composición predeterminada de gases durante al menos tres minutos
después de que el envase es abierto. Si la composición
predeterminada es esencialmente la composición del aire, entonces,
la composición predeterminada naturalmente es estable
indefinidamente.
La solubilidad de todos los gases en líquidos
disminuye con una temperatura creciente. Cualquier dispositivo que
mida la presión parcial de oxígeno de dióxido de carbono en sangre
requiere ser ajustado con termostato a 37ºC. El ajuste con
termostato es especialmente importante para mediciones de oxígeno,
en las que la unión a la hemoglobina exhibe un a dependencia
significativa de la temperatura. Obviamente, el fluido de
calibración debe estar también a 37ºC. En una realización preferida
de la presente invención, el fluido de calibración, que ha sido
almacenado por debajo de la temperatura ambiente, es rápidamente
calentado a una temperatura de 37ºC, a la cual es mantenido durante
la etapa de calibración/equilibrado y la etapa posterior de medición
de gases disueltos.
En el cartucho desechable preferido, el
calentamiento termostatado de los detectores, material d calibración
y muestra se consigue con un calentador óhmico sobre el dispositivo
detector. Debe apreciarse que una realización del instrumento que
actúa sobre el cartucho de uso único puede ser accionada mediante
una batería. Por tanto, puede haber una ventaja asociada ala
calentamiento, y debe ser proporcionado solamente donde y cuando sea
esencial. Sin embrago, solamente la zona del cartucho en la que se
realiza la calibración y la medición de la muestra requiere un
calentamiento.
En la concepción de medios para realizar una
medición de gases en sangre solamente con la calibración en un
punto único, es importante comprender el historial térmico tanto del
material de calibración como de la muestra de sangre antes de la
medición. La naturaleza y los cambios en estos parámetros determinan
necesariamente los requisitos de diseño para el cartucho.
Normalmente, el material de calibración que
comienza a temperatura ambiente, ya que está contenido en el
cartucho que es almacenado a esa temperatura. Consecuentemente,
cuando el envase del material de calibración es perforado y el
fluido de calibración se desplaza en contacto con el dispositivo
detector calentado, el fluido de calibración tendrá a perder los
gases disueltos. De hecho, el conjunto del cartucho da lugar a que
el envase del material de calibración sea comprimido a
aproximadamente 1,1 atmósferas, de forma que le fluido tiende
también a desgasificarse cuando el envase del material de
calibración es perforado debido a la reducción consecuente de la
presión total.
Una muestra de sangre arterial será retirada del
paciente a 37ºC y seguidamente introducida en el cartucho en el que
se enfriará a temperatura ambiente. A medida que se enfría, aumenta
la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y disminuirá la
presión parcial de oxígeno. Cuando la sangre es desplazada hasta la
zona detectora, debe ser recalentada a 37ºC para establecer la
presión parcial original de oxígeno.
Dadas las consideraciones anteriormente
descritas, se ha descubierto ahora que un diseño del cartucho que
incorpore una serie de elementos de espacios cabeceros accesibles al
fluido de calibración puede equilibrar rápidamente la composición
de gases disuelta del fluido de calibración hasta un nivel
predeterminado aprensión ambiental, y a una temperatura que varía
en el intervalo de aproximadamente ambiente a aproximadamente
ambiente a aproximadamente la temperatura fisiológica por ejemplo,
37ºC. Por ejemplo, se ha encontrado que un fluido de calibración
puede ser llevado rápidamente a un estado de equilibrado con el aire
ambiental, para proporcionar un contenido de oxígeno disuelto de
20%, simplemente llevando el fluido de calibración a las
proximidades de los elementos de los espacios cabeceros
incorporados en el diseño del cartucho de la presente invención.
Además de ello, se ha observado que los
presentes elementos de espacios cabeceros mantienen fiablemente la
presión parcial original de oxígeno en la muestra de fluido después
de que la muestra de fluido halla desplazado el fluido de
calibración equilibrado desde los medios detectores. Como se
mencionó anteriormente, un cierto número de muestras de fluidos
pueden se analizadas según la presente invención, incluidos fluidos
biológicos como sangre, plasma u orina. Debe ser resaltado que la
presente invención no incluye meramente la calibración de un
instrumento en el aire ambiental. En lugar de ello, la presente
invención, en una realización, permite que el aire ambiental
controle la composición de gases disueltos en un fluido de
calibración, que es usado a su vez para realizar una calibración en
un punto detector único.
El uso de aire ambiental es lo más conveniente;
sin embargo, como un experto en la técnica apreciará a partir de la
esencia de la presente descripción, cualquier mezcla de gases puede
ser introducida en los elementos del espacio cabecero de la
presente invención para controlar la composición de gases disueltos
resultantes de un fluido que es posteriormente llevado a las
proximidades o puesto en contracto con los elementos del espacio
cabecero.
Volviendo ahora a las figuras, Figs. 1A, 1B y 1C
se muestran diseños de cartuchos que permiten la inclusión de uno o
más elementos de espacio cabecero en el conducto de fluidos en las
proximidades de los medios detectores. Estos elementos del espacio
cabecero pueden ser llenados con aire ambiental, preferentemente a
presión ambiental, de forma que cuando los elementos entran en
contacto con un fluido de calibración acuoso proporcionan una
fuente (o surtidor) de oxígeno suficiente para permitir el rápido
equilibrado de ese fluido para reflejar la presión parcial
ambiental de la mezcla particular de gases en los elementos del
espacio cabecero. Sin embargo, cuando el fluido de calibración
acuoso es desplazado desde la zona del espacio cabecero, por
ejemplo, por medio de una muestra de sangre hay insuficiente
oxígeno en los elementos del espacio cabecero para cambiar la
presión parcial de oxígeno en la muestra de sangre en la escala de
tiempo de la medición. Además de ello, la presión parcial de
oxígeno en la sangre es menos probable que cambie debido a la
capacidad tamponante del oxígeno mucho mayor que la sangre
completa. Por tanto, se puede decir que el presente método usa para
provecho del operario el reconocimiento de las diferencias en las
capacidades tamponantes de oxígeno de la sangre con relación a
fluidos acuosos, y las consecuencias de poner en contacto el aire
contenido en una pluralidad de elementos del espacio cabecero con
estos dos tipos de fluido durante períodos de tiempo cortos
controlados. Aunque esta premisa es generalmente cierta, las
muestras de sangre tomadas de pacientes que experimentan una
terapia de oxígeno pueden tener niveles de oxígeno en su sangre que
sobrepasen la capacidad tamponante de la hemoglobina. En estas
circunstancias, en las que la sangre se puede comportar como un
fluido de calibración, puede ser necesario tener en cuenta el
equilibrado de la muestra de sangre con el depósito (por ejemplo, si
es deseable retrazar la medición de la muestra de fluido más allá
de los primeros diez segundos a continuación de la transición de la
muestra de materia de calibración a fluido) extrapolando la señal de
producción hacia atrás hasta la transición de la materia de
calibración a muestra de fluido, como se describe en la patente
EE.UU. nº 5.112.455 o utilizando una realización del depósito en la
que el depósito no está directamente por encima del detector, como
se muestra en las figuras 1C, 2A, y 2B de la presente memoria
descriptiva.
Una vez más, se aprecia que el elemento del
espacio cabecero está hecho para contener una cantidad suficiente
de una composición de gases preseleccionada de forma que la
exposición al elemento del espacio cabecero establezca la
composición de gases disueltos de un fluido acuoso estándar. Si se
calibra con aire ambiental, es decir, 20% de oxígeno, la
concentración de oxígeno en el espacio del elemento cabecero será
0,2/22,4 = 8,96 milimoles por litro de gas. A 37ºC, una solución
acuosa equilibrada con aire ambiental tendrá una concentración de
oxígeno de aproximadamente 0,26 mM. Consecuentemente, si el fluido
acuoso está dentro de aproximadamente un 25% de este valor de
antemano, el elemento del espacio cabecero tendrá oxígeno más que
suficiente para provocar el rápido equilibrado del fluido hasta
dentro de un 1,0% del valor deseado. Esto supone que la distancia
entre el elemento del espacio cabecero y el detector sea pequeña,
por ejemplo, menos de 1 mm, y el volumen del elemento del espacio
cabecero sea aproximadamente igual al volumen de fluido que está
equilibrando.
Debe apreciarse adicionalmente que cuando el
envase del elemento de calibración es perforado el fluido es
impulsado sobre los detectores, alguna fracción del aire en el
envase se desplaza más allá del fluido y puede a arrastrar
potencialmente el contenido de los elementos del espacio cabecero.
Sin embargo, se ha encontrado que ajustando el volumen del elemento
del espacio cabecero, es posible controlar si: (i) el fluido se
vuelve a equilibrar con el aire que estaba en el envase del
material de calibración, pero que está ahora ajustado a presión
ambiental, o (ii) el fluido se equilibra con el aire originalmente
en el elemento del espacio cabecero.
Para mediciones en el lecho del paciente, es
importante que los resultados sean obtenidos rápidamente.
Consecuentemente, las realizaciones mostradas en las Figs.
1A-1E hacen posible un equilibrado rápido. Se ha
encontrado que la velocidad es mucho mayor de lo esperado a partir
de una difusión sola. Esto es por que el calentamiento induce una
mezcla convectiva de los fluidos.
Las realizaciones específicas mostradas en las
figuras tienen las siguientes características. La Fig. 1A coloca el
elemento del espacio cabecero directamente sobre el detector. Sin
embargo, aunque tiene lugar un equilibrado, el oxígeno en el fluido
adyacente es transportado hasta la zona detectora por difusión y
convección. El diseño mostrado en la Fig. 1B asegura un equilibrado
completo alrededor del detector. La Fig. 1C es otra realización que
debe demostrar ser útil cuando el fluido de calibración debe perder
oxígeno. Además, la Fig. 1C asegura que la muestra de sangre no
está en contacto con los elementos del espacio cabecero, que pueden
haber sido ahora enriquecidos en oxígeno, cuando la muestra de
sangre es colocada directamente sobre el detector. La Fig. 1B
ilustra un depósito de equilibrado de gases que comprende un
compartimento que contiene un material sólido/semisólido en el que
los gases de calibración tienen una solubilidad elevada y a través
de los cuales los gases tienen una elevada velocidad de difusión.
Una membrana permeable a los gases que separa e compartimento del
depósito de gases del conducto es mostrada en la Fig. 1E.
Las Figs. 2A y 2B muestran todavía otra
realización del presente método. En este caso, el fluido de
calibración es desplazado en primer lugar hasta después del
detector para entrar en contacto con el elemento del espacio
cabecero y permitir que se equilibre. Seguidamente, el fluido de
calibración se hace volver al detector. La colocación del fluido
puede ser conseguido por medio de un detector de la conductividad
que detecte la posición del fluido con relación a uno de los
detectores. Se puede hacer también que el fluido oscile en la zona
del espacio cabecero para acelerar el procedimiento de
equilibrado.
Claims (17)
1. Un aparato para el equilibrado de la
composición de gases disueltos de un fluido de calibración acuso,
que comprende:
(a) un alojamiento con una pluralidad de zonas,
que incluye una zona detectora y una zona del fluido de calibración
que alberga un fluido de calibración acuso aparte de un depósito de
equilibrado de gases, y dicho depósito de equilibrado de gases
comprende un compartimento o una serie e compartimentos y está
completamente contenido en dicho alojamiento, en que dicho fluido
de calibración acuoso tiene gases disueltos;
(b) un detector de gases colocado en la zona
detectora de dicho alojamiento;
(c) al menos un conducto en dicho alojamiento,
en que dicho conducto está unido a la zona detectora en la zona del
fluido de calibración, configurado de forma que en dicho conducto
puede ser introducido dicho fluido de calibración acuoso mantenido
en dicha zona del fluido de calibración; y
(d) dicho depósito de equilibrado de gases
colocado en dicho conducto, en que dicho depósito contiene una
composición predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases
de calibración, está configurado de forma que cuando dicho fluido
de calibración acuoso es introducido en dicho conducto y es puesto
en contacto dicho depósito, dicho fluido de calibración experimenta
un intercambio de dichos gases disueltos en el fluido de
calibración acuoso con los gases de calibración contenidos en dicho
depósito, para proporcionar un fluido de calibración acuoso que
tiene una composición equilibrada de gases disueltos que refleja
sustancialmente la composición predeterminada, y la cantidad
predeterminada, de los gases de calibración contenidos en dicho
depósito.
2. Un aparato según la reivindicación 1, en el
que dicho depósito incluye un compartimiento llenado con un
material sólido o semisólido que funciona como una fuente de una
composición predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases
de calibración o como un depósito con una composición
predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases de
calibración.
3. Un aparato según la reivindicación 2, en el
que dicho material comprende caucho de silicona o un hidrogel.
4. Un aparato según la reivindicación 1, 2 ó 3,
en el que dicho depósito incluye uno o más elementos de espacios
cabeceros.
5. Un aparato según la reivindicación 4 cuando
es dependiente de la reivindicación 2, en el que dicho(s)
elemento(s)
del espacio cabecero funciona(n) como la fuente o el surtidor de una composición predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases de calibración.
del espacio cabecero funciona(n) como la fuente o el surtidor de una composición predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases de calibración.
6. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende adicionalmente una membrana
permeable a los gases que separa dicho depósito de dicho
conducto.
7. Un aparato según la reivindicación 4, que es
un cartucho para medir la concentración de un gas disuelto en un
fluido de muestra, en que dicho conducto y dicha zona detectora
tienen una configuración que permite el desplazamiento de dicho
fluido de calibración equilibrado y un fluido de muestra a través
del detector de gases.
8. Un cartucho según la reivindicación 7, en el
que dicho alojamiento es plano.
9. Un cartucho según la reivindicación 7 ó 8, en
el que dicha zona del fluido de calibración evita el contacto entre
dicho fluido de calibración y dicho detector de gases antes del
contacto del fluido de calibración con los gases de calibración de
dicho depósito de equilibrado de gases.
10. Un cartucho según la reivindicación 7, 8 ó
9, adicionalmente caracterizado por las características
específicas de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6.
11. Un cartucho según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 10, en el que una relación de volumen del
depósito de gases (V_{GR}) a un volumen de al menos la parte de
dicho fluido de calibración con el que está en contacto directo
dicho depósito de gases (V_{CF}) varia en el intervalo de
aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 y es preferentemente de
forma aproximada 1 o mayor que 1.
12. Un cartucho según la reivindicación 11, en
el que el V_{GR} varía en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 5
\mul y preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 3
\mul.
13. Un método para equilibrar la composición de
gases disueltos de un fluido de calibración acuoso, que
comprende:
(a) proporcionar un detector de gases y un
depósito de equilibrado de gases, contenidos completamente en un
alojamiento, en que dicho depósito de gases comprende un
compartimento o serie de compartimentos que contienen una
composición predeterminada, y una cantidad predeterminada, de gases
de calibración, en que dicho depósito y dicho detector de gases
están colocados en un conducto de forma que un fluido de calibración
puesto en contacto con dicho depósito experimenta un intercambio de
los gases disueltos en el fluido de calibración con los gases de
calibración contenidos en dicho depósito; y
(b) introducir en dicho conducto un fluido de
calibración acuoso de forma que dicho fluido entre en contacto con
dicho depósito para proporcionar un fluido de calibración acuoso con
una composición equilibrada de gases disueltos que refleja
sustancialmente la composición predeterminada, y la cantidad
predeterminada, de gases de calibración contenidos en dicho
depósito; y
(c) permitir que dicho fluido de calibración
equilibrado entre en contacto con dicho detector de gases.
14. Un método según la reivindicación 13, para
ser usado en la determinación de la concentración de un gas
disuelto en un fluido de muestra, que comprende adicionalmente:
(d) registrar la respuesta de dicho detector de
gases a dicho fluido de calibración equilibrado; y
(e) desplazar dicho fluido de calibración
equilibrado en favor de un fluido de muestra, de forma que dicho
fluido de muestra entre en contacto con dicho detector de gases para
determinar la concentración de un gas disuelto en dicho fluido de
muestra.
15. El método de la reivindicación 14, en el que
dicho fluido de muestra es un fluido biológico, como plasma, orina o
preferentemente sangre.
16. El método según la reivindicación 13, que
comprende adicionalmente:
(d) medir la composición de gases disueltos de
dicho fluido de calibración equilibrado con dicho detector de
gases.
17. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 16, en el que dicha composición de gases
comprende una atmósfera del ambiente.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US274387 | 1988-11-21 | ||
| US08/274,387 US5609824A (en) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | Methods and apparatus for rapid equilibration of dissolved gas composition |
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