ITMI962238A1

ITMI962238A1 - Procedimento e apparecchiatura per la purificazione e recupero dello xeno e altri gas nobili in sistemi anestetici

Info

Publication number: ITMI962238A1
Application number: IT96MI002238A
Authority: IT
Inventors: Luca Boso
Original assignee: Siad Societa Italiana Acetilen
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-04-29
Also published as: DE69705861T2; ATE203491T1; WO1998018718A1; EP0938448A1; IT1286058B1; DE69705861D1; EP0938448B1

Description

"PROCEDIMENTO E APPARECCHIATURA PRR LA PURIFICAZIONE E RECU-PERO DELLO XENO E ALTRI GAS NOBILI IN SISTEMI ANESTETICI"

La presente invenzione si riferisce a un procedimento, e relativa apparecchiatura, per la purificazione e il /recupero di gas nobili utilizzati in anestesia, in particolare xeno.

Sfondo dell'invenzione

Sin dal 1940 i gas nobili hannó giocato un ruolo significativo nello sviluppo e caratterizzazione Ài teorie sulla azione anestetica. Lo xeno, in particolare,ha molte delle proprietà dell'anestetico ideale ed è particolarmente interessante perchè è il solo gas nobile che è anestetico in condizioni /normobariche. In questo senso lo xeno è proposto come sostituto migliorativo dei classici anestetici per inalazione come il protossido d'azoto. Comunque lo xeno è molto costoso e occorrono sistemy dedicati per il suo utilizzo. Si propone quindi un sistema di recupero che ne permetta l'utilizzo normale nelle sale operatorie.

Lo xeno k. un gas inerte ed è poco probabile che partecipi ad alcuna reazione cmmica quando è utilizzato come anestetico, è inoltre non tossico/non teratogeno,probabilmente non è metabolizzato (diversamente da etere, alotani, fluorani) e offre una rapida induzione e recupero dell'anestesia.

Lo xeno ha anche favorevoli proprietà chimico-fisiche e farmacologiche per agire come anestetico. La sua solubilità in differenti mezzi può essere espressa come coefficiente di ripartizione, definito come rapporto della concentrazione dell'agente nelle due fasi all'equilibrio. Il coefficiente di ripartizione sangue/gas è uguale a 0,14 ed è il principale fattore che determina il rapporto di induzione e recupero della anestesia. Si consideri che nel caso del protossido d'azoto (gas anestetico comunemente usato in sala operatoria) questo coefficiente è tre volte maggiore. Nell'uomo il MAC (concentrazione alveolare minima)è 0,71.

Sono stati condotti studi sull'animale e sull'· .io senza evidenziare rilevanti complicazioni anche dopo un'ora di anestesia. Lo xeno si è rivelato un potenziale strumento per indurre effetti analgesici ed anestetici. In studi comparati con il protossido d'azoto, entrambi al 70%, si è considerata la quantità totale di fentanile richiesta per ciascun paziente come un indice oggettivo della potenza ed efficacia dei due gas. I pazienti trattati con xeno hanno richiesto 0,05 mg di fentanile mentre i pazienti trattati con protossido d'azoto ne hanno ricevuti 0,24 mg dimostrando l'efficacia maggiore dello xeno. Si è dimostrato inoltre negli studi clinici che lo xeno non ha effetti sul sistema emodinamico, cardiovascolare e sugli organi locali in particolare sul cuore e sul cervello.

Dal punto di vista ambientale lo xeno offre molti vantaggi rispetto ad altri anestetici in quanto non presenta problemi e pericoli per l'ambiente,per la sala operatoria e lo staff medico ospedaliero.

Lo xeno è preparato per frazionamento dell'aria o di altre fonti, come il gas naturale, particolarmente ricche in questo elemento. Nell'aria è presente a concentrazioni molto basse di circa 0,09 ppm in volume e il grado di purezza richiesto per la sua applicazione in anestesia varia dal 99,9% al 99,999% in volume. Il costo dello xeno dipende dalla sua scarsa presenza e dalla elevata purezza richiesta. Considerando un intervento chirurgico della durata di un'ora in un paziente di 70 kg, viene consumata una quantità di circa 10 litri di xeno, utilizzando un circuito chiuso di 3 litri. Questo implica una spesa più rilevante rispetto agli anestetici ora usati, il che aumenta maggiormente se il circuito è aperto.

Concludendo, lo xeno è da considerare un anestetico ideale per le sue proprietà sia farmacodinamiche sia di sicurezza, la sua efficacia è ben documentata, in paragone con il protossido di azoto ha dimostrato superiore efficacia senza effetti nocivi.

Come precedentemente discusso, l'ostacolo limitante all'uso comune dello xeno è il suo costo.

Marx T.e al. hanno descritto un sistema per il recupero dello xeno direttamente dall'esalato del soggetto anestetizzato. L'esalato viene trattato attraverso un sistema filtrante che consiste di una trappola criogenica, carboni attivi e setacci molecolari in modo tale da rimuovere le sostanze volatili. La miscela ossigeno/azoto/xeno che esce da questo filtro viene successivamente compressa a 60 atmosfere e raffreddata a 16"C, portando il gas nobile allo stato liquido e separandolo dalle impurezze gassose. Il gas'purificato consiste di una miscela con 80% di xeno, 12% di ossigeno e 8% di azoto. Gli autori concludono che occorre una tecnologia addizionale per separare e purificare lo xeno, senza però fornire alcuna indicazione su come realizzare tale purificazione.

E' stato ora trovato e costituisce oggetto dell'invenzione che lo xeno, come altri gas nobili, quali argon e kripton, può essere recuperato e purificato dalle sue impurezze mediante l'utilizzo di una apparecchiatura come illustrata nella Figura.

Riassunto dell'invenzione

E' un oggetto della presente invenzione una apparecchiatura per la purificazione e recupero di gas nobili utilizzati in sistemi anestetici che comprende essenzialmente:

a) un reattore catalitico per la ossidazione di idrocarburi volatili, monossido di carbonio e altre sostanze organiche esalate dal paziente;

b) un assorbitore di acqua e anidride carbonica;

c) un contenitore criogenico; ed eventualmente

d) un sistema a vuoto di estrazione di azoto e ossigeno.

E' un altro oggetto della presente invenzione un procedimento per il recupero e la purificazione di gas nobili utilizzati in sistemi anestetici che comprende essenzialmente gli stadi di:

a) trattare l'esalato del soggetto anestetizzato attraverso un reattore catalitico per la ossidazione di idrocarburi, monossido di carbonio e altre sostanze organiche esalate dal paziente ad una temperatura superiore a 200*C a dare una prima miscela gassosa sostanzialmente esente da idrocarburi e monossido di carbonio; ;b) trattare detta miscela gassosa ottenuta nello stadio a) attraverso un assorbitore di acqua e anidride carbonica a dare una seconda miscela gassosa sostanzialmente anidra e sostanzialmente priva di anidride carbonica; ;c) trattare detta seconda miscela attraverso un contenitore criogenico termostatato a una teirperatura compresa tra -100 "C e -200 "C a dare una miscela liquefatta o solida; ed eventualmente ;d) trattare detta miscela liquefatta o solidificata, attraverso un sistema a vuoto per l'estrazione di azoto e ossigeno ad un valore di pressione compreso tra 0,1 e 300 mbar. ;Questi e altri oggetti della presente invenzione saranno illustrati in dettaglio di seguito per mezzo di esempi e figure nelle quali: ;La Figura illustra schematicamente una possibile realizzazione della apparecchiatura secondo la presente invenzione in cui: ;(1) è un reattore catalitico per l'ossidazione di metano e di altre sostanze organiche presenti {idrocarburi saturi ed insaturi, monossido di carbonio e sostanze organiche presenti nell'esalato); (2) è un eventuale assorbitore di sostanze organiche solubili in acqua esalate dal paziente quali ad esempio acetone; ;(3) è un assorbitore di acqua e anidride carbonica; ;(4) è un contenitore criogenico termostatato a una temperatura tra -100*C e -200’C in acciaio, oppure in lega di alluminio o in vetro, termostatato con un liquido refrigerante, cerne ad esempio azoto liquido oppure ossigeno od argon liquidi;

(5) è un eventuale sistema di purificazione per azoto e ossigeno basato sull<1>estrazione mediante vuoto (con pompa meccanica o eiettore Venturi o altro sistema equivalente)del contenitore (4).

Descrizione dettagliata dell'invenzione

La presente invenzione si applica al trattamento di purificazione e recipero di un gas nobile da miscele anestetiche contenenti detto gas o miscele di gas nobili. Detto trattamento può essere applicato su un soggetto,uomo o animale,sottoposto ad anestesia.

In una prima realizzazione dell'invenzione, l'esalato del paziente può essere direttamente trattato collegando l'apparecchiatura al dispositivo di ventilazione e, se desiderato, il gas anestetico, in particolare xeno, può essere riutilizzato nel corso dell'intervento chirurgico, dando luogo a un sistema a ciclo chiuso o, in alternativa, il gas anestetico purificato può essere opportunamente raccolto per un suo successivo utilizzo. Se il trattamento dell'esalato avviene direttamente in sala operatoria, l'apparecchio della presente invenzione può essere collegato al dispositivo di ventilazione con raccorderia conforme a quanto specificato dalla ISO 5356-1 o altra normativa equivalente e utilizzando un ventilatore per trasportare il gas con portata maggiore di 100 ml/ora.

In una seconda realizzazione della presente invenzione, l'esalato del soggetto sotto anestesia può essere raccolto in opportuni contenitori, ad esempio palloni per raccolta di campioni gassosi,e inviato in una diversa sede per il trattamento e recupero del gas anestetico.

In alternativa, l'esalato può essere raccolto in opportuni sistemi dopo uno qualsiasi degli stadi a) - c) e successivamente trattato a partire dallo stadio immediatamente successivo a quello di raccolta.

In una realizzazione preferita dell' invenzione il gas anestetico è xeno.

Secondo una realizzazione preferita della presente invenzione, 1 'esalato da trattare è inviato al reattore (1), dove è presente un sistema catalitico ossidativo per la eliminazione di idrocarburi saturi e insaturi,preferibilmente metano, e monossido di carbonio. Il reattore catalitico viene tenuto a una temperatura superiore a 200 “C, preferibilmente compresa fra 200 e 500 "C, più preferibilmente a 350 “C. Il catalizzatore è costituito da un metallo nobile, quale palladio o platino, o una sm lega o una miscela di metalli o loro leghe. Possono essere utilizzati anche catalizzatori a base di altri metalli che svolgono tale funzione, ad esempio manganese, cromo, vanadio, loro leghe, miscele o combinazioni. Il catalizzatore può essere supportato su allumina o altro opportuno supporto noto nell'arte, ad esempio carbone. Il catalizzatore può essere in diverse forme, polvere, granuli o altre realizzazioni convenzionali. Il reattore può essere in acciaio, allumino o in vetro e sarà dimensionato in funzione della quantità di gas da trattare. Il reattore è dimensionato per ridurre la presenza del metano dallo xeno fino a livelli inferiori a 15 parti per milione in volume e agli stessi livelli eventuali altri idrocarburi saturi ed insaturi mentre sotto 0.1 parti per milione nel caso dell'ossido di carbonio. Nella presente invenzione per "sostanzialmente esente" si intendono quei livelli di impurezze al di sotto dei quali il gas nobile è accettato per l'uso in anestesia.

All'uscita del reattore vi è un eventuale assorbitore (2) di sostanze organiche esalate dal paziente, solubili in acqua quali ad esempio acetone,che consiste in una soluzione alcalina concentrata (5 -30% p/v) di idrossido di potassio o di idrossidi di altri metalli alcalini come sodio, magnesio e calcio o combinazioni tra questi. L'assorbitore è dimensionato per eliminare l'acetone a livelli inferiori a 5 ppm ed analogamente altre sostanze organiche solubili in soluzione acquosa.

Lo xeno entra nel successivo reattore (3) dove viene depurato dall'umidità e dall'anidride carbonica presente, se quest'ultima non è già stata eliminata dal reattore (2). L'assorbitore viene dimensionato per ridurre la presenza di umidità e anidride carbonica a livelli inferiori a 100 ppm mediante un assorbitore a base di setacci molecolari ma si possono utilizzare anche allumina o zeoliti.

Nel contenitore (4) avviene il congelamento mediante raffreddamento con un liquido criogenico alla temperatura tale da permettere la liquefazione o la solidificazione del gas nobile, in particolare xeno. Questa temperatura è conpresa tra i -100"C e i -200°C ed il liquido criogenico può essere azoto oppure argon,oppure ossigeno.

Un ulteriore purificazione può rendersi necessaria mediante svuotamento del contenitore (4) per mezzo di un sistema di svuotamento (5), con pompa da vuoto meccanico o eiettore tipo Venturi con grado di vuoto compreso tra 0,1 mbar a 300 mbar; questo consente di sottrarre allo xeno, o altro gas nobile, i gas bassobollenti quali l'azoto, l'ossigeno e l'argon. Il grado di svuotamento sarà funzione del grado di vuoto della pompa e del tempo di svuotamento in modo da far rientrare il gas nelle caratteristiche specifiche utilizzabili per anestesia.

I vari elementi che compongono l'apparecchiatura comprendono convenzionali mezzi di collegamento e distribuzione dei fluidi, la cui configurazione è facilmente determinabile dal tecnico esperto. Ad esempio si possono utilizzare tubi in acciaio o materiale plastico di diametro interno compreso tra 1 e 30 mm e sistemi di raccolta gas (gasometri)qualora il processo venga condotto in batch.

Lo xeno una volta recuperato è riutilizzabile per un nuovo trattamento anestetico dopo l'analisi completa delle impurezze presenti. Il grado di purezza ottenibile in questo sistema di recupero raggiunge il 99,99% mentre il recupero arriva a superare il 90%.

ESEMPIO 1

La prova di recupero dello xeno è stata eseguita sull'esalato di quattro pazienti trattati con xeno come anestetico presso la scuola di specializzazione in anestesia e rianimazione dell'Università degli Studi Dipartimento di Chirurgia dell'Ospedale di Santa Chiara (Pisa).

Sono stati trattati 25 litri di xeno presenti nell'esalato dei quattro pazienti a fine anestesia. Si è utilizzato un sistema di purificazione utilizzando un reattore catalitico di 0,15 1 alla temperatura di 350’C e un assorbitore con setacci molecolari di 0,11.

Dopo essere stato flussato nel reattore catalitico e nel purificatore, il gas anestetico è stato congelato in un contenitore da 1 litro refrigerato con azoto liquido alla temperatura di -190 "C. Il successivo svuotamento con una pompa da vuoto meccanico fino a 1 mbar ha permesso di purificare lo xeno dall'azoto ed ossigeno. A fine trattamento si sono ottenuti 23 litri di xeno pari ad un recupero del 92%.

Sul gas finale si sono riscontrati 100 ppm di metano, ossido di carbonio inferiore a 0,1 ppm,acetone inferiore a 1 ppm,ossidi di azoto inferiori a 1 ppm,acqua e anidride carbonica inferiori a 100 ppm.

Inoltre la ricerca di altre impurezze non ha dato alcun risultato.

ESEMPIO 2

Prova di conpressione

4 palloni in pvf da circa 20 litri sono stati riempiti con l'esalato di un paziente. L'analisi di ciascun pallone ha dato i seguenti risultati:

conc. %

pallone Azoto Ossigeno Xenon

JL2 63,1 22,2 14,7

JL5 65,6 24,2 10,2

JL6 64,4 28,2 7,4

JL7 63,8 28,0 8,2

Si è poi trasferito il tutto in un pallone in pvc/poliestere da 125 litri: i grammi di xeno presenti sono 40 g.

Si è provveduto a comprimere la miscela con compressore da 5 metri cubi orari e si sono trovati nella bombola 32 g (recupero dell'80%).Un motivo del recupero inferiore sono i volumi morti all'interno del compressore non trascurabili con queste quantità.

La bombola da 1 litro dapprima a pressione atmosferica è risultata carica a 66 bar.

Analisi sulla bombola:

N2 64,8%

02 25,1%

C02 0,7%

Xe 8,7%

H20 200 ppm (saturazione).

Lo xeno è inferiore per i precedenti problemi dei volumi morti nella pompa.

Infine lo xeno è stato purificato con un recupero del 90%.

Claims

Rivendicazion i. Apparecchiatura per la purificazione e recupero di gas nobili utilizzati in sistemi anestetici che conprende essenzialmente: a) un reattore catalitico per la ossidazione di idrocarburi volatili, monossido di carbonio e altre sostanze organiche esalate dal paziente; b) un assorbitore di acqua e anidride carbonica; c) un contenitore criogenico; ed eventualmente d) un sistema a vuoto di estrazione di azoto e ossigeno.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, nella quale tra il reattore a) e l'assorbitore b) viene posto un assorbitore di sostanze organiche esalate dal paziente solubili in acqua.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2, nella quale il rettore catalitico è adatto alla ossidazione di metano, ed eventualmente altri idrocarburi saturi e insaturi volatili.
4. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, nella quale detto reattore catalitico a) è basato su un catalizzatore metallico costituito da uno o più metalli o loro composti scelti nel grippo costituito da: manganese, cromo, vanadio, palladio, platino o loro combinazioni.
5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, nella quale il catalizzatore è supportato su allumina o carbone.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2 nella quale detto assorbitore è un sistema comprendente una soluzione acquosa contenente dal 5 al 30% p/v di un idrossido di metallo alcalino o alcalino-terroso, preferibilmente idrossido di potassio.
7. Apparecchiatura secondo la rivendipazione 6,nella quale la sostanza assorbita è acetone.
8. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, nella quale in detto assorbitore b) l'elemento attivo conprende un materiale assorbente scelto nel gruppo costituito da: zeoliti, setacci molecolari,allumina.
9. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8, nella quale in detto contenitore criogenico c) il liquido criogenico è scelto nel grippo costituito da:azoto,ossigeno, e argon.
10. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, nella quale in detto sistema a vuoto d) il vuoto è ottenuto con una pompa meccanica oppure un sistema Venturi.
11. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10, nella quale detto gas nobile è scelto nel gruppo costituito da argon, kripton e xeno o loro miscele,preferibilmente xeno.
12. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11 comprendente inoltre opportuni mezzi di collegamento e distribuzione dei fluidi.
13. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-12 comprendente inoltre mezzi di recupero dell'esalato direttamente dal tratto respiratorio del soggetto anestetizzato.
14. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-12 comprendente inoltre mezzi di raccordo con un sistema di raccolta dell'esalato dal tratto respiratorio del soggetto anestetizzato.
15. Procedimento per il recupero e la purificazione di gas nobili utilizzati in sistemi anestetici che qomprende essenzialmente gli stadi di: a) trattare l'esalato del soggetto anestetizzato attraverso un reattore catalitico per la ossidazione di idrocarburi, monossido di carbonio e altre sostanze organiche esalate dal paziente a una temperatura superiore a 200“C a dare una prima miscela gassosa sostanzialmente esente da idrocarburi e monossido di carbonio; b) trattare detta miscela gassosa ottenuta nello stadio a) attraverso un assorbitore di acqua e anidride carbonica a dare una seconda miscela gassosa sostanzialmente anidra e sostanzialmente priva di anidride carbonica; c) trattare detta seconda miscela attraverso un contenitore criogenico termostatato a una temperatura compresa tra -100"C e -200’C a dare una miscela liquefatta o solida,ed eventualmente d) trattare detta miscela liquefatta o solidificata attraverso un sistema a vuoto per l'estrazione di azoto e ossigeno ad un valore di pressione compreso tra 0,1 e 300 mbar.
16. Procedimento secondo la rivendicazione 15,nel quale in detto stadio a) la temperatura è compresa fra 200 e 500 "C,preferibilmente 350 "C.
17. Procedimento secondo la rivendicazione 15, nel quale detta prima miscela gassosa ottenuta dallo stadio a) viene trattata attraverso uno stadio di assorbimento di sostanze organiche solubili in acqua esalate dal paziente.
18. Procedimento secondo la rivendicazione 17,nel quelle detto stadio di assorbimento dà luogo a una miscela gassosa sostanzialmente esente da acetone .
19. Procedimento secondo la rivendicazione 15,nel quale detto stadio a) dà luogo a detta prima miscela gassosa contenente metano e idrocarburi per un valore inferiore a 15 ppm v/v e monossido di carbonio per un valore inferiore a 0,1 ppm v/v.
20. Procedimento secondo la rivendicazione 17, nel quale detto assorbimento di sostanze organiche viene condotto fino a un valore residuo inferiore a 5 ppm v/v.
21. Procedimento secondo la rivendicazione 15,nel quale detto stadio b) dà luogo a una miscela gassosa contenente acqua e anidride carbonica per un valore inferiore a 100 ppm v/v.
22. Procedimento secondo la rivendicazione 15 e una qualsiasi delle rivendicazioni 16-21, nel quale detta purificazione viene condotta direttamente dall'esalato del soggetto anestetizzato.
23. Procedimento secondo la rivendicazione 15 e una qualsiasi delle rivendicazioni 16-21, nel quale detta purificazione viene condotta sull'esalato del soggetto anestetizzato preventivamente raccolto in opportuni mezzi di raccolta.
24. Procedimento secondo la rivendicazione 15 e una qualsiasi delle rivendicazioni 16-21, nel quale l'esalato può essere raccolto in opportuni sistemi dopo uno qualsiasi degli stadi a) - c) e successivamente trattato a partire dallo stadio immediatamente successivo a quello di raccolta.
25. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15-24, nel quale detto gas nobile scelto nel gruppo costituito da argon, kripton e xeno o loro miscele, preferibilmente xeno.
26. Uso dell'apparecchiatura delle rivendicazioni 1-14 nel procedimento delle rivendicazioni 15-25.
27. Uso secondo la rivendicazione 26, nel quale l'esalato del soggetto anestetizzato viene direttamente immesso in detta apparecchiatura.
28. Uso secondo la rivendicazione 26, nel quale l'esalato del soggetto anestetizzato viene preventivamente raccolto e successivamente immesso in detta apparecchiatura.
29. Uso secondo la rivendicazione 28, nel quale l'esalato del soggetto anestetizzato viene raccolto in opportuni sistemi dopo uno qualsiasi degli stadi a) - c) e successivamente trattato a partire dallo stadio immediatamente successivo a quello di raccolta. "PROCEDIMENTO E APPARECCHIATURA PER LA PURIFICAZIONE E RECU-PERO DELLO XENO E ALTRI GAS NOBILI IN SISTEMI ANESTETICI" La presente invenzione si riferisce a un procedimento, e relativa apparecchiatura, per la purificazione e il recupero di gas nobili utilizzati in anestesia, in particolare xeno. Sfondo dell'invenzione Sin dal 1940 i gas nobili hanno giocato un ruolo significativo nello sviluppo e caratterizzazione di teorie sulla azione anestetica. Lo xeno, in particolare,ha molte delle proprietà dell'anestetico ideale ed è particolarmente interessante perchè è il solo gas nobile che è anestetico in condizioni normobariche. In questo senso lo xeno è proposto come sostituto migliorativo dei classici anestetici per inalazione come il protossido d'azoto.Comunque lo xeno è molto costoso e occorrono sistemi dedicati per il suo utilizzo. Si propone quindi un sistema di recupero che ne permetta l'utilizzo normale nelle sale operatorie. Lo xeno è un gas inerte ed è poco probabile che partecipi ad alcuna reazione chimica quando è utilizzato come anestetico, è inoltre non tossico, non teratogeno,probabilmente non è metabolizzato (diversamente da etere, alotani, fluorani) e offre una rapida induzione e recupero dell'anestesia.