ES2331516T3 - Dispositivo y procedimiento para templar y humidificar gas, especialmente aire respiratorio. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para templar y humidificar gas, que comprende - un depósito de líquido (11, 15, 20), - una cámara de humidificación (9), que presenta una entrada y una salida para el gas, - un dispositivo de movimiento (19, 30), que está adaptado para mover el líquido a través del gas, - con una calefacción (17) regulada, que está adaptada para calentar el líquido.

Description

Dispositivo y procedimiento para templar y humidificar gas, especialmente aire respiratorio.
La invención se refiere a un dispositivo para templar y humidificar gas, especialmente aire respiratorio, presentando el dispositivo un depósito de líquido, así como una cámara de humidificación, que presenta una entrada y una salida para el gas, y un dispositivo de movimiento para mover el líquido a través del gas. La invención se refiere además a un procedimiento correspondiente.
Un dispositivo de este tipo debe usarse especialmente para la respiración asistida de un paciente. A este respecto, en el marco de la invención descrita en el presente documento se entiende por el término "respiración asistida" también cualquier tipo de terapia respiratoria y por "paciente" deben entenderse tanto seres humanos como animales.
Una respiración asistida de este tipo en un paciente se realiza habitualmente con ayuda de un aparato que presenta un tubo flexible de respiración asistida, un aparato generador de flujo respiratorio y un humidificador para el gas respiratorio. Al aparato generador de flujo respiratorio se le suministra el gas respiratorio desde un depósito y también presenta una conexión para el tubo flexible de respiración asistida.
Por un aparato generador de flujo respiratorio debe entenderse a este respecto esencialmente una unidad funcional que regula el gas respiratorio que va a aplicarse a un paciente con respecto a la presión y/o al volumen, por ejemplo con válvulas o un fuelle. Sin embargo, esta unidad funcional puede formar también parte de un equipo más grande.
En el caso del gas respiratorio se tratará habitualmente de mezclas de aire/oxígeno, sin embargo pueden administrarse también otras mezclas especiales de gases.
En el caso del líquido que existe en el depósito de líquido y con el que se realiza la humidificación del gas o del aire, se trata habitualmente de agua. Sin embargo, en el marco de la presente invención son concebibles a este respecto también otros líquidos o mezclas de líquidos, así como también aquéllos a los que se añadieron medicamentos.
A los pacientes que reciben respiración asistida mediante aparatos, se les introduce en la mayoría de los casos una sonda en la tráquea, a través de la que se realiza la respiración asistida. Esta sonda se encuentra así en el extremo de un tubo flexible de respiración asistida, a través del que un aparato generador de flujo respiratorio administra gas respiratorio al paciente. Así en la sonda también pueden terminar otros tubos flexibles de respiración asistida.
La administración de gas respiratorio a través del aparato generador de flujo respiratorio se realiza habitualmente en función de diferentes parámetros que pueden ajustarse en el aparato generador de flujo respiratorio según la demanda y entonces mediante este aparato puede mantenerse automáticamente o variarse según la demanda. Según el aparato o los parámetros ajustados el flujo respiratorio es muy diferente en el transcurso temporal de la fase de respiración asistida. En los sistemas de respiración asistida conocidos hasta ahora esto lleva a problemas considerables:
Concretamente, mediante la sonda en la tráquea se evita la función natural del espacio nasal, bucal y de la faringe, que en el caso de una respiración normal calienta y humedece el gas respiratorio. También, aunque en la terapia respiratoria, tal como por ejemplo la terapia respiratoria con sobrepresión continua con mascarilla (CPAP, Continuous Positive Airway Pressure, Presión Positiva Continua en la Vía Aérea) sigue fluyendo el gas respiratorio a través del espacio nasofaríngeo, a través del cual el flujo de gas es, sin embargo, esencialmente mayor y con frecuencia también continuo en comparación con la respiración propia natural de un paciente, se producen con frecuencia efectos secundarios no deseados especialmente en el caso de la aplicación de gases fríos secos. Entre éstos se encuentran las irritaciones e inflamaciones así como deshidrataciones y formación de costras en las vías respiratorias superiores.
Para superar este problema en la respiración asistida se humidifica y calienta artificialmente el gas utilizado que procede de un depósito tal como una botella de gas o un conducto de gas comprimido o sin embargo se extrae mediante un ventilador, un fuelle o similar del entorno como depósito y que de manera habitual es relativamente seco.
A este respecto se intentan conseguir en la medida de lo posible las condiciones naturales, esto es, templar el gas respiratorio hasta una temperatura correspondiente a la temperatura corporal y humidificarlo, de modo que esté en su mayor parte saturado. A este respecto se pretende especialmente una humedad relativa de aproximadamente desde el 95 hasta el 100%.
Esto es especialmente difícil en el caso de los flujos de gas descritos anteriormente que oscilan mucho, tal como se producen en la respiración espontánea o la respiración artificial.
Una problemática similar se encuentra también en otros ámbitos médicos, en los que puede emplearse un dispositivo según la invención, tal como por ejemplo en la laparoscopia. En ésta se introduce gas (con frecuencia dióxido de carbono) en el organismo para expandir las cavidades corporales, por ejemplo en el espacio abdominal. También en esta aplicación y similares puede evitarse mediante un templado y humidificación preferiblemente hasta una saturación en gran parte del gas utilizado una irritación de las membranas mucosas, que hasta ahora se producía con frecuencia, así como su deshidratación y enfriamiento.
A este respecto debe tenerse en cuenta que también en esta aplicación se determinan flujos de gas que oscilan mucho, ya que la introducción o la extracción de instrumentos en o de orificios corporales hace necesario una regulación posterior rápida del flujo de gas para mantener constante la presión en una cavidad corporal.
Básicamente se conocen diferentes técnicas y procedimientos para templar y humidificar el gas en las aplicaciones mencionadas anteriormente hasta un valor preestablecido. A continuación se describen algunos procedimientos y dispositivos para ello:
Vaporizador de paso ("Pass-over") (por ejemplo, el documento DE 38 30 314)
En este dispositivo previamente conocido se conduce un gas que va a templarse y humidificarse sobre la superficie de un baño de agua calentado y así se templa y al mismo tiempo se humidifica. La superficie del líquido se enfría así como consecuencia de la evaporación de agua y sólo se intercambia lentamente por agua más caliente que sube hacia arriba.
Debido al tamaño constructivo limitado por la aplicación, en un sistema de respiración asistida la superficie de intercambio entre el líquido y el gas que fluye sobre el mismo es muy pequeña. También el enfriamiento descrito de la superficie y el transporte energético sólo lento que resulta del mismo a través de agua más caliente a la superficie lleva en el caso de un humidificador de este tipo a que un gas que salga presente, según la cantidad de flujo de gas, diferencias de temperatura menores o mayores con respecto al líquido. Por tanto, en un dispositivo de este tipo la temperatura del líquido también se regula sólo respecto a una cantidad de flujo de gas promedio y oscila en aparatos convencionales entre aproximadamente 40ºC y aproximadamente 80ºC. Los flujos de gas que oscilan mucho, como son normales según las realizaciones anteriores en la respiración asistida, tienen de este modo en la consideración de valor momentáneo o bien una temperatura demasiado elevada o bien una temperatura demasiado baja y también una humedad demasiado elevada o demasiado baja. Esto podría regularse posteriormente sólo mediante una modificación brusca sólo teóricamente posible de la temperatura del agua.
Vaporizador de membrana (por ejemplo, el documento DE 43 03 645 o de forma similar, el documento US 6068609)
En un dispositivo de este tipo se conduce gas por la superficie de un cuerpo estructural que sobresale de un líquido templado. El cuerpo estructural succiona así el líquido necesario por ejemplo mediante fuerzas capilares. Así sólo el líquido evaporado en cada caso se sustituye por uno nuevo. En este caso es desventajoso especialmente que mediante el frío de evaporación que se produce y el aporte de energía sólo reducido mediante agua más caliente se produzca un problema similar al de los vaporizadores de paso previamente analizados, de modo que finalmente un flujo de gas variable ni puede humidificarse de forma constante ni templarse de forma constante. Sólo se menciona de pasada que los cuerpos estructurales mencionados sólo pueden conservarse con frecuencia de manera limitada y que también su posibilidad de someterse a autoclave deseable para el uso médico está en la mayoría de los casos restringida.
Humidificador de fibra hueca (por ejemplo, el documento DE 197 27 884)
Las fibras huecas parcialmente permeables (por ejemplo a partir de PTFE) se disponen en haces de modo que un gas que va a templarse y humidificarse fluye por ejemplo a través de las luces de las fibras huecas, en cuyos lados exteriores existe el líquido necesario para la humidificación. Es desventajosa en estos humidificadores tanto la posibilidad de conservación con frecuencia sólo restringida como la capacidad de carga mecánica y térmica restringida de las fibras huecas. Además mediante la pared de las fibras huecas no se da una conductividad térmica suficiente, de modo que el aporte de calor para compensar el frío de evaporación no es suficiente. De este modo no puede garantizarse un calentamiento deseado del gas especialmente en el caso de flujos de gas mayores, lo que conlleva al mismo tiempo una humidificación deficiente del gas. En teoría, también en este caso podría realizarse una regulación posterior mediante un calentamiento del agua, sin embargo el calentamiento forzado de las fibras con un flujo de gas que oscila mucho tampoco lleva a una humidificación constante, ya que la emisión de energía de los elementos de calentamiento por motivos
técnicos apenas puede regularse posteriormente con respecto a la velocidad de la modificación del flujo de gas.
Vaporizador de alta temperatura (por ejemplo, el documento DE 43 12 793 o el documento US 2 162 462)
En dispositivos de este tipo, a temperaturas de desde aproximadamente 80ºC hasta aproximadamente 130ºC se evaporan pequeñas cantidades de líquido y se mezclan con el gas que fluye. De este modo se proporciona tanto la energía necesaria para templar el gas como la humedad necesaria. Es desventajoso en estos dispositivos especialmente el alto despliegue técnico, que además está relacionado con un riesgo técnico aumentado, especialmente con respecto a riesgos por presión y calor. Además los dispositivos tienen la desventaja de que la regulación de la cantidad de evaporación necesaria sólo puede realizarse con un retardo temporal. De este modo, con un dispositivo de este tipo, tampoco puede conseguirse un templado y una humidificación constantes con un flujo de gas que oscila mucho.
Humidificador de burbujas (por ejemplo, el documento DE 37 30 551 o el documento US 3 987 133)
En dispositivos de este tipo se burbujea gas por (a través de) un líquido templado, por lo que se humidifica y se templa. La desventaja de este procedimiento es especialmente la alta resistencia al flujo de gas debida al procedimiento, ya que siempre debe superarse al menos una presión diferencial, que corresponde a la profundidad de entrada del gas en el líquido. Esto es especialmente desventajoso sobre todo en el caso de pacientes que respiran de forma espontánea.
Nebulizador ultrasónico (por ejemplo, el documento DE 197 26 110)
En dispositivos de este tipo se provoca que un líquido oscile en la gama de ultrasonidos, lo que lleva a que gotitas muy pequeñas puedan desprenderse del líquido y arrastrarse con el flujo de gas. A este respecto es especialmente desventajoso que no se trate en ningún caso de un líquido presente en forma molecular sino de unidades mucho más grandes (aerosoles). De este modo pueden transportarse los más diferentes agentes patógenos de manera no deseada. Además, en este procedimiento también existe el riesgo de que se proporcione demasiada o demasiado poca humedad, especialmente en flujos de gas intermitentes u oscilantes.
Pulverizador a presión (por ejemplo, el documento DE 28 34 622)
En dispositivos de este tipo se atomiza un líquido, lo que lleva a que también se formen gotitas muy pequeñas y no se produzca por ejemplo vapor de agua molecular. Las desventajas de estos pulverizadores a presión corresponden de este modo a las de los nebulizadores ultrasónicos anteriormente analizados.
Narices artificiales ("heat and moisture exchanger", "intercambiador de calor y humedad"; HME, por ejemplo, el documento DE 94 17 169), esteras filtrantes, etc.
En las narices artificiales el gas se conduce por una superficie muy grande humidificada, por lo que esencialmente se consigue una saturación de humedad del flujo de gas. En las narices artificiales el suministro de calor y humedad se realiza a través del aire espirado de un paciente. En esteras filtrantes, por ejemplo de la técnica de climatización, el suministro de calor y humedad se realiza por ejemplo a través de un baño de agua. A través de estas esteras filtrantes se realiza al mismo tiempo una filtración del gas.
En estos dispositivos conocidos es desventajoso especialmente que el frío de evaporación lleve a un enfriamiento dependiente del flujo de gas, de modo que la humidificación y el poder para templar no pueden ser constantes en caso de un flujo de gas variable. Además es desventajoso en estos dispositivos que las sustancias retenidas en la filtración aumenten durante el periodo de aplicación la resistencia al paso de las esteras filtrantes para el gas, lo que no se desea especialmente en el ámbito médico. Además mediante la disposición por principio de los HME en la zona de inspiración y espiración de los pacientes se aumenta de manera desventajosa el espacio muerto. Esto puede llevar a que un paciente inspire en un movimiento respiratorio la mayor parte del aire que acaba de espirar previamente.
Sistemas de propulsión (por ejemplo, el documento DE 44 32 907)
En estos sistemas se intenta compensar la eficacia insuficiente de las narices artificiales (HME) mediante el suministro de líquido y calor. Esto requiere una regulación técnicamente bastante complicada. Además, debido al sistema tampoco en este caso pueden mantenerse constantes la temperatura y la humedad en caso de un flujo de gas que oscila mucho, ya que también una regulación muy buena apenas puede compensar el frío de evaporación que se produce sin retardo temporal. El espacio muerto desventajoso anteriormente descrito, así como el tamaño constructivo desventajoso y el peso desventajoso se aumentan adicionalmente en estos sistemas por elementos adicionales no explicados en este caso con más detalle.
Combinación de los procedimientos analizados hasta ahora (documento DE 296 12 115)
En este procedimiento combinado en primer lugar se sobrecalienta y humidifica el gas y en una segunda etapa subsiguiente se enfría entonces mediante nervios metálicos templados de forma constante o similar hasta la temperatura objetivo. La humedad excesiva en el gas goteará a este respecto como condensado desde los nervios metálicos templados y volverá a suministrarse al humidificador. Es desventajoso en este procedimiento sobre todo que al gas se suministre en primer lugar más energía en forma de humedad y temperatura de lo que es necesario para la respiración asistida.
Aparte de que esto sea desfavorable desde el punto de vista energético, existe también el riesgo de que en caso de una función defectuosa en la etapa de enfriamiento se pueda perjudicar entonces de manera desventajosa a un paciente.
Humidificador del aire ambiente con pila de placas rotatoria (por ejemplo, el documento DE 37 35 219)
En los sistemas de este tipo pilas de placas rotan de modo que las placas en una parte de su rotación se sumergen en agua y de este modo se humectan. El gas fluye mediante un ventilador pasando por estas pilas de placas y de este modo se limpia de partículas y se humidifica. En estos dispositivos se añade al líquido un agente no volátil para reducir la tensión superficial para conseguir realmente una humectación suficiente de las placas. Estos dispositivos y similares se prevén especialmente para el acondicionamiento del aire en espacios habitables y no presentan ninguna posibilidad de templar el gas. Además el dimensionamiento y la velocidad de rotación de las placas no son adecuados de ningún modo para humidificar de manera constante o incluso saturar con un líquido un flujo de gas variable.
En resumen se afirma por tanto que en el estado de la técnica no existe ningún procedimiento ni sistema para templar y humidificar gases que sea adecuado para la aplicación en caso de un flujo de gas que oscile mucho o sea muy intermitente. En los dispositivos conocidos hasta ahora se producen así oscilaciones considerables de temperatura y humedad del gas proporcionado.
Una desventaja adicional de los aparatos conocidos consiste en que empeoran parcialmente de forma considerable o incluso impiden completamente la precisión de operaciones de medición y regulación que se desean para una respiración asistida: por ejemplo existen métodos y sistemas sensoriales para la respiración asistida que requieren un acoplamiento lo más directo posible de un aparato generador de flujo respiratorio o de un sensor a un paciente para administrar al mismo el gas respiratorio necesario con una calidad y cantidad constante preestablecida y especialmente también con caudales precisos.
Los humidificadores conocidos hoy en día, que están dispuestos entre un aparato generador de flujo respiratorio y el paciente, son desventajosos en el sentido en que éstos introducen un volumen compresible adicional de un tamaño parcialmente considerable en el circuito respiratorio.
Una desventaja adicional de los humidificadores conocidos es también el gradiente de presión que reina en algunos humidificadores convencionales entre su entrada y salida: puesto que la presión del gas respiratorio suministrado al paciente (nivel de gas respiratorio) sólo es algo superior a la presión ambiental (de forma habitual como máximo de aproximadamente 0,1 bar), este gradiente de presión lleva a que en el propio aparato generador de flujo respiratorio no exista exactamente la presión que reina en el paciente. Esto tiene como consecuencia el riesgo de funciones defectuosas e imprecisiones en la regulación.
El objetivo de la presente invención es por tanto perfeccionar los dispositivos que se indicaron anteriormente de modo que se eliminen las desventajas mencionadas y especialmente pueda templarse de manera constante el gas independientemente de las oscilaciones de flujo de gas hasta un valor preestablecido y especialmente a esta temperatura pueda saturarse en gran parte con un líquido, es decir, hasta una humedad relativa de aproximadamente desde el 95 hasta el 100%.
Este objetivo se soluciona según la invención mediante un dispositivo para templar y humidificar gas con un depósito de líquido así como una cámara de humidificación, que presenta una entrada y una salida para el gas, así como con un dispositivo de movimiento que está adaptado para mover el líquido a través del gas, y que presenta una calefacción regulada, que está adaptada para calentar el líquido.
La invención tiene varias ventajas con respecto al estado de la técnica:
por un lado existe la posibilidad de disponer mediante el dispositivo de movimiento y la calefacción regulada de dos elementos a través de los que puede conseguirse una regulación del templado y la humidificación.
Por otro lado puede conseguirse a través de estos dos elementos que se regulan independientemente entre sí un templado y una humidificación bastante intensos, de modo que el dispositivo puede configurarse de manera relativamente compacta.
Además un dispositivo de este tipo puede realizarse de manera robusta y fiable con respecto a su funcionamiento y puede emplearse de este modo también de manera fiable en un funcionamiento continuo.
Tampoco se generan aerosoles sino que el gas se satura con líquido en forma de vapor. Es esencial también que la regulación del templado y la humidificación a través del dispositivo de movimiento y la calefacción regulada pueda regularse posteriormente de manera sencilla.
De manera ventajosa la cámara de humidificación se configura así como cámara de rociado. En una cámara de rociado el líquido se mueve a través del gas. La temperatura del gas que fluye puede aproximarse así fácilmente a la temperatura del agua, produciéndose al mismo tiempo una saturación del gas que fluye con líquido evaporado. El gas que sale de la cámara de rociado está saturado de humedad, es decir, presenta una humedad relativa de aproximadamente desde el 95 hasta el 100% y tiene una temperatura próxima a la temperatura preestablecida del agua.
De manera ventajosa está previsto en la cámara de rociado también un relleno con una superficie grande. El relleno se lleva, mediante el líquido que discurre permanentemente sobre el mismo, a la misma temperatura que tiene el líquido. El relleno puede servir de este modo como reserva para, en caso de flujos de gas que oscilan mucho y necesidades de energía de evaporación que de este modo varían mucho, volver a proporcionar energía temporalmente para una demanda aumentada de energía de evaporación.
Por tanto ha resultado ser especialmente adecuado para este relleno por ejemplo un género de punto de aluminio o bien lana de acero fino, al igual que un paquete de bolas metálicas, especialmente bolas de acero. Estos materiales tienen una alta capacidad de acumulación de energía en combinación con la propiedad de poder volver a emitir energía rápidamente.
Sin embargo, también son concebibles otras estructuras de poro abierto para el material de relleno.
Es esencial que el relleno se seleccione de modo que el caudal del gas respiratorio no se vea esencialmente impedido con respecto al flujo y de este modo incluso con un caudal máximo apenas pueda determinarse una diferencia de presión notable entre la entrada y la salida del gas.
En otra forma de realización preferida un relleno de este tipo también puede extraerse de manera sencilla de la cámara de rociado con el fin de sustituirlo o para su esterilización.
Además es esencial que el dispositivo de movimiento, para mover el líquido a través del gas, en cuyo caso se trata preferiblemente de una bomba, conduzca el líquido regulado en su temperatura en una cantidad a través del gas y de este modo dado el caso a través de un relleno en la cámara de rociado, que tiene un tamaño tal que puede proporcionar la energía, tanto para elevar la temperatura del gas que fluye como para proporcionar esencialmente la energía de evaporación necesaria. Así puede conseguirse que con un caudal máximo a través del elemento de rociado el gas que fluye se caliente hasta casi la temperatura del líquido y salga saturado con una humedad relativa de casi el 100%.
Ha demostrado ser ventajoso someter la cámara de humidificación a una sobrepresión en determinadas aplicaciones.
De este modo se tiene la posibilidad de poder suministrar aire ya humidificado a un aparato generador de flujo respiratorio conectado aguas abajo y una humidificación no tiene que realizarse sólo entre el aparato generador de flujo respiratorio y el paciente. De este modo no sólo se evita un espacio muerto (volumen comprimible) en la zona entre el aparato generador de flujo respiratorio y el paciente, sino también un montaje del dispositivo en el tubo flexible de respiración asistida, que discurre entre el aparato generador de flujo respiratorio y el paciente, lo que podría provocar en el mismo un gradiente de presión adicional no deseado.
Además, mediante la humidificación bajo sobrepresión en el dispositivo puede humidificarse y también almacenarse una cantidad de gas esencialmente mayor que en el caso de un humidificador que esté dispuesto en la zona de menor presión entre el aparato generador de flujo respiratorio y el paciente. Esto da lugar a una reserva considerada positiva de gas calentado y humidificado y de este modo puede realizarse una compensación en caso de caudales que oscilan temporalmente.
No se requiere una regulación complicada. Esto significa también una simplificación constructiva considerable que lleva a un ahorro de los costes.
Para ajustar así el gas que fluye desde el aparato generador de flujo respiratorio al paciente de manera precisa en su temperatura hasta el valor preestablecido, se propone además dotar al propio tubo flexible de respiración asistida de un elemento de calefacción correspondiente, que por ejemplo esté colocado en el interior del tubo flexible. Sin embargo, también es posible incorporar el elemento de calefacción especialmente en la pared del tubo flexible de respiración asistida. La integración del elemento de calefacción en el tubo flexible de respiración asistida tiene la ventaja de que el elemento de calefacción previsto está en contacto directo con el gas respiratorio y puede ajustarse directamente a la temperatura final deseada, por lo que se facilita el disponer siempre de una temperatura uniforme del gas en el paciente en caso de caudales que oscilan mucho.
Además debe mencionarse que en caso de una cámara de humidificación solicitada con sobrepresión, el líquido y de este modo también el proceso de humidificación se ajusta a una temperatura que se selecciona de modo que también tras la descompresión posterior del gas enriquecido con humedad y calentado hasta la presión de respiración asistida o ambiental y en caso de una temperatura deseada (temperatura de respiración asistida) se consigue una humedad del aire definida. Ésta se sitúa en los casos de respiración asistida preferiblemente también cerca del límite de saturación.
Básicamente la temperatura en la cámara de humidificación sometida a sobrepresión depende así tanto de la presión que reina en el humidificador como de la temperatura deseada por parte del paciente y la humedad relativa deseada por parte del paciente de un gas respiratorio. Según el caso de aplicación pueden desearse así para el paciente también humedades relativas inferiores al 100%.
También se encuentra así, dentro del marco de la invención, variar, en caso de flujos de gas oscilantes, la sobrepresión de manera correspondiente a las oscilaciones para ofrecer de este modo para el paciente un gas de respiración templado y humidificado de manera constante tras la descompresión.
Para el líquido que no es necesario para la humidificación del propio gas respiratorio, sino que sólo sirve para su calentamiento y que por tanto pierde temperatura en el elemento de rociado, se prevé en una forma de realización preferida suministrarlo de vuelta al depósito de líquido. Desde aquí puede suministrarse, tras un nuevo calentamiento a través de la calefacción regulada de vuelta al elemento de rociado.
En un circuito formado de este tipo se integra así preferiblemente un filtro a través del que se garantiza que tanto el líquido circulante como el gas respiratorio se mantengan esencialmente libres de gérmenes.
En una forma de realización preferida el depósito de líquido, que también presenta la calefacción regulada para el líquido, está sin presión y está conectado a través de una bomba (como dispositivo de movimiento para el líquido) con el elemento de rociado. Al regularse la bomba puede adaptarse la cantidad del líquido que se hace circular a la demanda correspondiente. Al estar previsto en el circuito de circulación dado el caso además un reductor de presión puede ser posible también en una cámara de humidificación sometida a sobrepresión un funcionamiento sin interrupciones del dispositivo para templar y humidificar durante un relleno necesario de líquido en el depósito de líquido.
Evidentemente el humidificador de rociado descrito puede emplearse también en el intervalo de baja presión. En este caso se mantienen las ventajas descritas. Sin embargo es posible que en la integración en un aparato respiratorio se produzcan por ello espacios muertos no deseados.
Una forma de realización alternativa no presenta como dispositivo de movimiento para el líquido una bomba, sino un cuerpo rotatorio que se sumerge parcialmente en el líquido en el depósito de líquido. En este caso se trata preferiblemente de una pila de placas separadas entre sí, que rotan alrededor de un eje horizontal y arrastran así líquido desde el depósito de líquido hacia el flujo de gas, en el que entonces se evapora el líquido y lleva a una humidificación del gas. Un dispositivo de este tipo puede configurarse de manera especialmente compacta y la rotación de la pila de placas puede regularse de manera especialmente sencilla a través de un electromotor, por lo que también con flujos de gas oscilantes puede reaccionarse rápidamente a una demanda diferente de líquido para la humidificación de gas.
Por lo demás el dispositivo se caracteriza esencialmente porque el cumplimiento de los parámetros objetivo puede conseguirse mediante una vigilancia que puede realizarse de manera sencilla del nivel de líquido en el depósito de líquido así como de la temperatura y la presión en la cámara de humidificación junto con una medición de la temperatura y dado el caso de la humedad relativa de un gas respiratorio que se suministra a un paciente.
Ventajas y características adicionales de la invención se obtienen a partir de la siguiente descripción de ejemplos de realización. A este respecto muestra
la figura 1 el diagrama esquemático de un dispositivo para templar y humidificar gas para aplicar a un paciente una respiración artificial con una humidificación bajo sobrepresión;
la figura 2 una realización alternativa de un dispositivo para templar y humidificar gas sin un intervalo de alta presión;
la figura 3 una forma de realización alternativa adicional con un dispositivo de movimiento en forma de una pila de placas.
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de un dispositivo de humidificación según la invención, en este caso colocado aguas arriba del aparato generador de flujo respiratorio.
En el ejemplo de realización representado se extrae gas respiratorio de un depósito 1, por ejemplo de una botella de gas comprimido o de un conducto de gas comprimido. Este gas comprimido habitualmente muy seco se proporciona a través de un humidificador 2 a un aparato generador de flujo respiratorio 3. En éste se descomprime el gas respiratorio suministrado hasta una presión (nivel de gas respiratorio) que es necesaria para una respiración asistida o una terapia respiratoria y que puede situarse algo por encima de la presión ambiental. El gas respiratorio se conduce a continuación a un paciente 5 con regulación de la temperatura a través de un tubo flexible de respiración asistida 4 que puede calentarse, conectado al aparato generador de flujo respiratorio.
El suministro desde el aparato generador de flujo respiratorio 3 al paciente 5 se realiza así con un volumen compresible muy reducido del sistema respiratorio.
Es importante que el gas respiratorio suministrado al paciente presente de manera exacta y constante una humedad y temperatura deseada, normalmente cerca del límite de saturación, esto es, casi del 100% con una temperatura de aproximadamente 37ºC. Además, la respiración asistida del paciente debe poder realizarse sin interrupciones.
Para ello se suministra al humidificador 2 líquido calentado a través de un conducto 6, que en este ejemplo de realización es agua a aproximadamente 72ºC, que en el humidificador 2 llega al interior de una cámara anular 7. Cuando por lo demás se habla en este caso de agua, entonces se indica otra vez que también es posible el uso de otros líquidos adecuados que puede seleccionar el experto en la técnica por sus conocimientos. También pueden añadirse medicamentos o similares al líquido o en el ejemplo de realización descrito en este caso al agua, sin que esto se mencione a continuación en cada caso por separado.
Desde la cámara anular 7 el agua templada discurre por un fondo de criba 8 al interior de una cámara de rociado 9 que contiene un relleno 10. Este relleno está compuesto en este ejemplo de realización por elementos estructurales sólidos con una superficie grande y rebajes grandes.
Mientras que el agua cae lentamente desde la cámara anular 7 por la superficie grande al interior de la cámara de fondo 11 del humidificador 2, calienta y humecta el relleno 10. Al mismo tiempo el gas respiratorio procedente del depósito 1 fluye en sentido contrario a través del relleno 10. En este caso se calienta este gas respiratorio y absorbe al mismo tiempo humedad, de modo que puede conducirse casi saturado a través de una cámara de acumulación 12 al aparato generador de flujo respiratorio 3.
En este punto se indica también que el caudal de agua calentada suministrado al humidificador es considerablemente mayor que el caudal que se necesitaría en el humidificador sólo para la saturación del flujo de gas respiratorio con humedad. De este modo se consigue que en la zona de contacto de gas y líquido éste no se enfríe de manera significativa, por lo que se garantiza el aumento de temperatura necesario del flujo de gas respiratorio.
En el ejemplo representado en este caso la operación anteriormente descrita se realiza bajo presión, es decir, el agua y de este modo el gas respiratorio tienen una presión de aproximadamente 4,5 bar con una temperatura de aproximadamente 72ºC.
Mediante la descompresión del gas respiratorio de aproximadamente 4,5 bar con aproximadamente 72ºC hasta algo por encima de la presión ambiental y el enfriamiento hasta una temperatura de aproximadamente 37ºC el gas respiratorio mantiene su humedad relativa de casi el 100%.
En el humidificador también son posibles otras combinaciones de presión/temperatura, siempre que se garantice que también tras la descompresión hasta el nivel de presión respiratoria el gas respiratorio presente con la temperatura objetivo ajustada la humedad objetivo de manera correspondiente a los parámetros predefinidos.
Como ya se explicó, en el humidificador 2 se acumula el líquido, que ha caído por el relleno 10, en la cámara de fondo 11. Desde la misma fluye, controlado por una válvula 13, a través de un conducto de reflujo 14, al interior de un depósito de reserva 15. En el conducto de reflujo 14 está previsto a este respecto un reductor de presión 16, de modo que el depósito de reserva 15 como tal carece de presión. En el ejemplo de realización representado en este caso el reductor de presión está configurado como estrangulador.
En el depósito de reserva 15 la temperatura del agua se mantiene en el presente ejemplo a 72ºC a través de una calefacción 17 regulada, pudiendo solucionarse una regulación de temperatura de este tipo de manera relativamente sencilla desde el punto de vista constructivo. El agua calentada de este modo se bombea a través de un filtro opcional 18 por una bomba 19 a través del conducto 6 de vuelta al interior de la cámara anular 7 del humidificador 2.
El filtro opcional 18 garantiza así que el agua que se hace circular esté libre de partículas y microorganismos y de este modo también el gas respiratorio suministrado al aparato generador de flujo respiratorio 3 puede considerarse esencialmente libre de gérmenes.
Mediante la bomba 19 y la válvula 13 o el reductor de presión 16 el depósito de reserva 15 puede estar configurado sin presión y puede rellenarse en cualquier momento.
La figura 2 muestra un ejemplo de realización alternativo. En este caso el humidificador 2 está conectado como en el procedimiento descrito según el estado de la técnica entre el aparato generador de flujo respiratorio 3 y el
paciente 5.
Para mantener el volumen comprimible y el tamaño constructivo reducidos, el dispositivo está diseñado para flujos de gas habituales en la técnica de la respiración asistida (desde 0 hasta aproximadamente 180 l/min.) y para un poder de humidificación conforme a la norma.
Al humidificador 2 se le suministra líquido templado a través de un conducto 6, que en este ejemplo de realización es de nuevo agua a aproximadamente 37ºC que llega al humidificador 2 al interior de una cámara de distribución 7.
Desde la cámara de distribución 7 el agua templada discurre por un fondo de criba 8 al interior de una cámara de rociado 9 que contiene un relleno 10. Este relleno está compuesto en este ejemplo de realización por elementos estructurales sólidos con una superficie grande y rebajes grandes.
En el sentido de una simplificación del dispositivo es concebible prescindir del relleno 10 y dejar caer las gotitas de líquido que salen del fondo de criba 8 simplemente a través de la cámara de rociado 9. Esto puede considerarse eventualmente ventajoso para la limpieza y preparación, sin embargo debe considerarse que con los mismos requisitos respecto al poder de humidificación deben aumentarse eventualmente de manera esencial el volumen de la cámara de rociado así como la cantidad de líquido que se hace circular en función del tiempo.
Mientras que el agua cae lentamente desde la cámara de distribución 7 por la superficie grande al interior de la cámara de fondo 11 del humidificador 2, calienta y humecta el relleno 10. Al mismo tiempo el gas respiratorio procedente del aparato generador de flujo respiratorio 3 fluye en sentido contrario a través del relleno 10. En este caso se calienta este gas respiratorio y absorbe al mismo tiempo humedad, de modo que puede conducirse casi saturado con una humedad relativa de aproximadamente desde el 95 hasta el 100% a través de la cámara de acumulación 12 al paciente 5.
Para evitar la formación de condensado se emplea preferiblemente un tubo flexible de respiración asistida 4 calentado de manera regulada, conocido en la tecnología. A este respecto es importante que ningún punto de la pared en la zona del flujo de gas esté más frío que la temperatura de saturación del gas para evitar condensación. Habitualmente el gas en este tubo flexible de respiración asistida 4 sigue calentándose ligeramente, por ejemplo hasta 40ºC, para evitar una condensación también en el último trayecto al paciente, especialmente en la sonda no calentada.
Se menciona además que según el principio de funcionamiento del respectivo aparato generador de flujo respiratorio 3 se emplea sólo un único, o varios tubos flexibles de respiración asistida 4, pudiendo suministrarse a este respecto dado el caso también el aire espirado del paciente al aparato generador de flujo respiratorio. En estos casos las realizaciones anteriormente mencionadas con respecto a la necesidad o con respecto a las posibilidades del calentamiento del tubo flexible se refieren también a todos los demás tubos flexibles y secciones de tubo flexible en los que puede existir la problemática de la condensación.
Como ya se explicó, en el humidificador 2 el líquido que ha caído lentamente por el relleno 10, se acumula en la cámara de fondo 11 que funciona como depósito de líquido.
En ésta el líquido se mantiene a una temperatura del agua de 37ºC en el presente ejemplo a través de una calefacción 17 regulada, pudiendo solucionarse una regulación de la temperatura de este tipo de manera relativamente sencilla desde el punto de vista constructivo. El agua calentada de este modo se bombea a través de un filtro opcional 18 por una bomba 19 a través del conducto 6, de vuelta al interior de la cámara de distribución 7 del humidificador 2.
El filtro opcional 18 garantiza a este respecto que el agua que se hace circular esté libre de partículas y microorganismos y de este modo también el gas respiratorio suministrado al paciente 5 puede considerarse esencialmente libre de gérmenes. De manera alternativa o complementaria el dispositivo puede estar equipado con una superficie antimicrobiana.
A través de un depósito de reserva de líquido 20, por ejemplo una botella de infusión puede regularse mediante una válvula 21 el nivel de líquido en la cámara de fondo 11 a un nivel constante. Para ello esta válvula puede estar configurada especialmente también como válvula de flotador. A este respecto es importante que la presión de diferencia hidrostática entre el depósito de reserva de líquido 20 y la cámara de fondo 11 sea siempre mayor que la presión de respiración asistida máxima existente. Para la práctica se recomienda a partir de ello la colocación del depósito de reserva a una altura de al menos 1 m por encima de la cámara de fondo.
Una válvula 22 adicional sirve como válvula de derivación entre la entrada de gas y la salida de gas del humidificador 2. Esta garantiza que en caso de una presión de diferencia demasiado alta, por ejemplo por un defecto en el humidificador, no se dificulte la respiración asistida, y de este modo sirve para la seguridad del paciente.
A través de una trampa de agua 23 integrada en la zona de acumulación 12 se elimina el agua excesiva y arrastrada en el aire y se suministra de vuelta al interior de la cámara de fondo 11.
Para regular el proceso de humidificación y para vigilar la función el aparato de regulación y vigilancia 29 está conectado con el humidificador 2 y el paciente 5 a través de diferentes sensores, conductos de control y regulación. A través del sensor de temperatura 24, que puede estar configurado por ejemplo como sonda de temperatura habitual en el mercado, se determina la temperatura del paciente. Ésta puede entrar en el proceso de humidificación como magnitud objetivo. De manera alternativa esta temperatura objetivo puede preestablecerse también a través de la comunicación con otro aparato, por ejemplo un monitor de vigilancia. A través de un sensor de temperatura 26 adicional se registra la temperatura del líquido y a continuación se regula con el elemento de calefacción 17.
El tercer sensor de temperatura 25 registra la temperatura del gas que entra. En caso de un aumento demasiado elevado del nivel de líquido en la cámara de fondo 11 como consecuencia de un fallo de la válvula 21 o una avería de la bomba 19, un aparato de regulación y vigilancia 29 puede detectar a través de la variación de temperatura en este sensor 25 el nivel de líquido demasiado alto. En este caso de fallo se abre una válvula de derivación 22, después de lo cual puede medirse una disminución de temperatura considerable en un sensor de temperatura 27 que registra la temperatura en la salida de gas. Este mecanismo de seguridad puede comprobarse mediante un apagado controlado de la bomba 19 y el aumento resultante del nivel de líquido.
A través de un transpondedor 28 unido de manera fija con el humidificador 2 el aparato de regulación y vigilancia 29 está unido con el humidificador 2 para identificarlo y vigilarlo con respecto a su vida útil.
En el aparato de regulación y vigilancia 29 puede vigilarse también la potencia absorbida de la bomba 19. Puesto que la potencia absorbida está relacionada con la altura del nivel de líquido en la cámara de fondo 11, puede detectarse de este modo también un nivel de líquido demasiado bajo, por ejemplo debido a un depósito de reserva 20 vacío o una válvula 21 defectuosa, o una circulación de líquido deficiente, por ejemplo por un taponamiento del fondo de criba 8.
De manera alternativa sería también concebible una disposición según la figura 3:
en este caso el humidificador 2 se encuentra de manera correspondiente a la figura 2 entre el aparato generador de flujo respiratorio 3 y el paciente 5. El líquido se encuentra en una cámara de fondo 11 y se regula a través de la calefacción 17 a una temperatura constante.
El nivel de líquido en la cámara de fondo 11 se mantiene de manera correspondiente a la figura 2 a un nivel constante mediante el depósito de reserva 20 y la válvula 21.
Elementos estructurales sólidos del elemento de intercambio 30 se sumergen de manera cíclica, especialmente mediante rotación, al menos parcialmente en el líquido de modo que así se produce un intercambio lo suficientemente frecuente del agua en la zona de contacto. A este respecto puede influirse esencialmente en la cantidad del líquido arrastrado en la inmersión a través de la configuración geométrica de los elementos estructurales, por ejemplo a través de ner-
vios radiales o similares. Además a través de una alta velocidad de rotación puede aumentarse el transporte energético.
En las realizaciones descritas por ejemplo según las figuras 1, 2 y 3 así como con un dimensionamiento correcto puede llevarse esencialmente un flujo de gas que oscile mucho y sea interrumpido a una saturación y temperatura constante, sin por ejemplo el riesgo del sobrecalentamiento del gas tras la interrupción o una humedad demasiado reducida en caso de un flujo de gas repentinamente elevado.
Para solucionar el objetivo según la invención se requiere a este respecto dimensionar la zona de contacto de líquido y gas de tal modo y dotarla de una estructura geométrica tal que también en caso del flujo de gas pico previsto como máximo en la aplicación pueda tener lugar casi completamente el intercambio deseado de sustancias y energía. Este dimensionamiento puede comprobarse al conducir el flujo de gas pico previsto como máximo de manera constante a través del dispositivo según la invención. En caso de un dimensionamiento correcto la temperatura del gas, tras fluir a través de la cámara de humidificación, corresponde casi a la temperatura del líquido antes de su entrada en la cámara de humidificación.
El arrastre de gotitas de agua en el flujo de gas se evita mediante medidas adecuadas (por ejemplo ampliación de la sección transversal del flujo).
A través de la conexión de tubos flexibles calentados para el transporte adicional del gas puede evitarse de manera eficaz la formación de condensado en el tubo flexible.
Siempre que se desee una humedad relativa inferior al 100%, entonces esto puede realizarse a través de la conexión aguas abajo de un elemento de calefacción adecuado para el gas humidificado: el gas se lleva en el humidificador según la invención a la temperatura y saturación cuyo contenido absoluto de humedad cumple con los requisitos. A través de una calefacción de gas conectada aguas abajo o mediante una mezcla con gas seco el gas que sale del humidificador se lleva ahora a la verdadera temperatura objetivo y humedad relativa objetivo. De este modo puede realizarse la generación de diferentes temperaturas y humedades de gas.
El dispositivo según la invención no sólo es adecuado para la técnica de respiración asistida, sino para todas las aplicaciones en las que un flujo de gas variable debe limpiarse de partículas y/o llevarse a una temperatura y humedad constante. Ejemplos de ello son por ejemplo la insuflación de gases en cavidades corporales (por ejemplo CO_{2} en la laparoscopia), el suministro de gases respiratorios para aplicaciones de protección respiratoria (por ejemplo el barnizado), aplicaciones de inhalación de cualquier tipo, el acondicionamiento de espacios (por ejemplo edificios, vehículos, aviones,...) individualmente o en combinación con instalaciones de aire acondicionado, etc.

Claims (9)

1. Dispositivo para templar y humidificar gas, que comprende
-
un depósito de líquido (11, 15, 20),
-
una cámara de humidificación (9), que presenta una entrada y una salida para el gas,
-
un dispositivo de movimiento (19, 30), que está adaptado para mover el líquido a través del gas,
-
con una calefacción (17) regulada, que está adaptada para calentar el líquido.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, estando configurada la cámara de humidificación (9) como cámara de rociado.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, estando previsto en la cámara de rociado (9) un relleno (10) que presenta una superficie grande.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, estando expuesta la cámara de humidificación (9) a una sobrepresión.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, siendo el dispositivo de movimiento una bomba (19), que suministra a la cámara de rociado (9) el líquido desde el depósito de líquido (11, 15), estando unidos la cámara de rociado (9) y el depósito de líquido (11, 15) en un circuito.
6. Dispositivo según la reivindicación 1, siendo el dispositivo de movimiento un cuerpo (30) rotatorio que se sumerge parcialmente en el líquido en el depósito de líquido (11).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, siendo el cuerpo (30) una pila de placas separadas entre sí.
8. Procedimiento para templar y humidificar un gas para proporcionar gas respiratorio para aplicaciones de protección respiratoria o en el acondicionamiento de espacios con un dispositivo según una o varias de las reivindicaciones 1-7 que comprende las etapas de:
suministrar un gas desde un depósito (1),
generar de manera regulada un flujo de gas a través de una cámara de humidificación (9),
calentar y humidificar el gas, por medio de una calefacción (17) regulada, prevista para un líquido, que es movido a través del gas mediante un dispositivo de movimiento (19, 30), realizándose la humidificación mediante rociado, y
proporcionar el gas a un consumidor.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, realizándose la humidificación con una sobrepresión, preferiblemente con una presión de aproximadamente 4,5 bar, y con una temperatura, que está aumentada con respecto a una temperatura de suministro al consumidor, preferiblemente con una temperatura de aproximadamente 72ºC, descomprimiéndose el gas respiratorio hasta el nivel de gas respiratorio, preferiblemente como máximo 0,1 bar por encima de la presión ambiental, con una temperatura de preferiblemente aproximadamente 37ºC y una humedad relativa previamente seleccionada de preferiblemente aproximadamente el 100%.
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