NO132615B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kunstig lunge, omfattende en anordning for overføring av åndegasser, utstyrt med semipermeable membraner, hvilken anordning vanligvis kall-es et apparat for oksygentilførsel til blod og som anvendes for å lette eller å erstatte en pasients lungevirksomhet eller hjerte-lungevirksomhet.

I en artikkel av Kolobow i "Trans. Amer. Soc.

Art i f.. Int. Organs.", vol XV, 1969, side 172-177, beskrives en kunstig lunge, omfattende et apparat for oksygentilførsel til blod, hvilket apparat ved et membran er delt i to kammere, hvorav det ene gjennomstrømmes av blodet med et positivt relativt trykk og det andre gjennomstrømmes av en gass-strøm som inneholder oksygen med et negativt relativt trykk. Innføring av gass-strømmen i oksygentilførselsapparaturen skjer under på forhånd bestemte betingelser hva.angår temperatur og fuktighet.

En slik kunstig lunge kan utstyres med mikropor-

øse hydrfobe membraner som takket være sin høye gasspermea-bilitet sikrer fjerning av gassbobler som tilfeldigvis inn-føres i blodet. 'Hvis apparaturen er utstyrt med ikke-mikro-porøse membraner, f.eks. av silikonelastomer, kan den tåle mik-roperforeringer. Disse tilstoppes nemlig av blodet (hvis trykk er høyere enn gasstrykket) istendenfor å slippe til gassbobler.

Man vet at det er nødvendig gjennom oksygentil-setningsapparaturen å føre oksygenholdig gass med en strøm som er flere ganger større enn den strøm som teoretisk skulle være tilstrekkelig for å gjennomføre en enkel gjenoksydering av blodet, da fjerning av karbondioksyd krever at dettes partialtrykk er betydelig meget mindre i gassfasen enn i blodfasen. Videre bør gassen bringes til egnet temperatur og fuktighet,

noe som medfører et relativt høyt energiforbruk.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frem-bringe en økonomisk lunge som har alle de fordeler som den ovenfor beskrevne kunstige lunge har og som dessuten krever kun et lavt gassforbruk og et lavt energiforbruk.

Foreliggende oppfinnelse angår således en kunstig lunge av den type der blodtrykket er høyere enn trykket av den oksygenholdige gass og omfattende et apparat for- oksygen-tilførsel til blod, oppdelt ved hjelp av en membran i to kammere av hvilke det ene er tilsluttet til en pasients blodsystem og det andre er tilsluttet til en krets gjennomstrømmet.av en gass-strøm inneholdende oksygen, hvilken gass-strøm innføres i oksygentilføreselsapparaturen med en på forhånd bestemt temperatur og fuktighet, og lungen karakteriseres ved at den omfatter en krets for resirkulering av i det minste en del av gass-strømmen og en vakuumpumpe hvis innsugningsåpning er til-' sluttet til utløpet av oksygentilførselsapparaturens andre kammer og hvis utløpsåpning er tilsluttet til delvis resirkul-eringskretsen og delvis en ledning som er åpen mot atmosfæren.

I det følgende menes med "apparatur for oksygentil-førsel til blod" eller "oksygentilførselsapparatur" enhver anordning for overføring av åndegasser som spesielt gjør det mulig å innføre oksygen i blodet og å fjerne karbondioksyd fra dette.

Oppfinnelsen beskrives nærmere nedenfor under hen-visning til de ledsagende tegninger, hvor fig. 1 er et prin-sippskjema over en kunstig lunge" ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er et prinsippskjerna over en foretrukket ut førelses form av en kunstig lunge ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 viser et snitt gjennom en anordning for kondis-onering av gass-strømmen, hvilken anordning er tilpasset anvendelse i den kunstige lunge ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 vises en oksygentilførselsapparatur 1, omfattende minst et membran 2 som er ugjennomtrengelig for blod og vann, men gjennomtrengelig for gass, spesielt oksygen, karbondioksyd og vanndamp. Dette membran skiller et første kammer 3, hvilket gjennomstrømmes av blodet fra et andre kammer 4, som gjennomstrømmes av en gass som inneholder oksygen. Veneblod kan tappes fra en pasient ved hjelp av en en pumpe 5 av vanlig type, f.eks. en peristaltisk pumpe eller en pumpe med rørformig membran og ventil, også kalt ventrikulærpumpe. Blodet innføres i kammeret 3j hvorfra det fjernes ved hjelp av-en pumpe 6,(vanligvis av samme type som pumpen 5), som pumper blodet inn i pasientens arterienett.

I det indre kammer 3 er det hensiktsmessig på en hvilken som helst kjent måte å innstille blodtrykket på en positiv relativ verdi (dvs. et trykk høyere enn atmosfæretrykket). Man kan f.eks. gjøre strømmen fra pumpen 6 avhengig av det trykk som hersker i kammeret 3, hvorved man påvirker enten rotasjonshastigheten (peristaltisk pumpe) eller puls frekvensen (ventrikulærpumpe) eller ustøtningsvolumet (hvilken som helst av de to typer).

Oksygentilførselsapparaturens kammer 4 gjennom-strømmes av en gass-strøm med lavere trykk på alle steder enn blodtrykket. Etter som blodtrykket i kammeret 3 vanligvis er høyere enn atmosfæretrykket, er det hensiktsmessig og ut fra sikkerhetssynstpunkter foretrukket i oksygentilførsels apparaturen å holde gass-strømmen ved et negativt, relativt trykk, dvs. et trykk lavere enn atmosfæretrykket.

Por dette formål er det tilstrekkelig i kammeret k å slippe inn en gassblanding med et trykk lavere enn -ellers nesten lik atmosfæretrykket og å skape et undertrykk ved utgang fra kammeret 4 ved hjelp av en vakkumpumpe eller ved hjelp av en annen innretning som f.eks. en gassejektor (ventilator).

I fig. 1 vises en vakuumpumpe 7 som suger atmos-færesluft gjennom minst en kondisjoneringsanordning 16, i hvilken luften innstilles på ønsket temperatur og fuktighet og deretter gjennom oksygentilførselsapparaturen 1. Når luften har forlatt oksygentilførselsapparaturen, føres den på nytt gjennom kondisjoneringsanordningen 16, som således virker- som varmeveksler, hvorved luften ved utløpet fra pumpen deles i to deler, hvorav den ene ledes ut i atmosfæren, mens den andre resirkuleres til oksygentilførselsapparaturen over en resirku-lerings ledning 19.

Som anordning for utsuging av gass fra oksygentil-førselsapparaturen anvender man fortrinnsvis en gassejektor som mates med luft eller med oksygenholdig gass under trykk.

" Fig. 2 viser skjematisk en foretrukket utførelses-

form av oppfinnelsen. Gasskretsen omfatter en kilde for oksygenholdig gass under trykk, f.eks. en beholder 8 som inneholder luft eller oksygen under trykk, og som er utstyrt med en reduserventil 9. Reduserventilen ér. forbundet med innløps-åpningen for drivfluidum på en gassejektor 10. Drivfluidets trykk reduseres til et trykk som i hovedsaken er konstant og høyere enn at mos f ære st rykket,, vanligvis mellom 1,1 og 6 bar absolutt og fortrinnsvis mellom 2 og 4 bar absolutt. Uttynningsgraden, dvs., forholdet mellom den totale gass-strøm ved ut-løpet fra e.jektoren. og strømmen av drivfluid er vanligvis mellom 3 og 10, og fortrinnsvis mellom 5 og 7. Gassejektoren kan være en entrinns- eller flertrinnsejektor. En entrinssejektor er vanligvis hensiktsmessig.

Ettersom strømmen av.drivfluid vanligvis er større enn den totale gass-strøm som overføres til blodet, er det nød-vendig å fjerne overskuddet av gass til atmosfæren, og man foretrekker å måle dette overskudd med en strømningsmåler 12 med et meget lite trykkfall.

Resirkulasjonskretsen omfatter hovedsakelig en hovedstrømsmåler 13 samt et organ 18 for å regulere resirkula-sj onsstrømmen i forhold til avtappingsstrømmen; et renseappa-rat 14 (som f.eks. inneholder natronkalk) for å absorbere det karbondioksyd som.følger med resirkulasjonsgassen; eventuelt en blander 15- for innføring av anestesifluida eller andre flu-ida; en kondisjoneringsanordning 16 som består av en varmeveksler og et befuktningsapparat; en.automatisk sikkerhetsventil 17 som åpnes hvis gass-strømmens trykk når opp til atmosfæres-trykket og som f.eks. er plassert nær innløpet 11 til ejektor-ens sugeåpning; samt rørledninger som, forbinder disse forskjellige apparater .med hverandre.

Som oksygentilførselsapparatur 1 anvender man fortrinnsvis en gass-væske utbyttings.apparatur som omfatter en stabel av membraner og sporutstyrte mellomleggsplater, se f.eks. den apparatur som er. beskrevet i FR-PS 1.597-874..

Oksygentilførselsapparaturen 1 er utstyrt med gasspermeable membraner, dvs. permeable for åndegasser og upermeable for væsker generelt og .blod spesielt. Som membran anvender man fortrinnsvis mikroporøse membraner med porer som vanligvis har en diameter mindre enn 0,3 ym. Hensiktsmessig er membranene vannavstøtende eller er gjort vannavstøtende. De membraner som er beskrevet i fransk patent nr. 1.568.130 er spesielt egnet.

I blodkretsen kan man anvende peristaltiske pumper, hvilke er meget lite hemolyserende, f.eks. pumper av den type som beskrives i PR-PS 1.529.860 og NO-PS 128.846. De ledninger som gjennomstrømmes av blodet består vanligvis av silikonelas-tomerer av den type som meget ofte anvendes for utenfor kroppen beliggende blodkretser og de er hensiktsmessig innvendig belagt med en silikonelastomer som er fri for fyllstoff og herdet til konstant volum.

Strømningsmålerne 12 og 13 kan være av en hvilken som helst kjent type, f.eks. med skovl, med flottør, osv. Som organ 18 for å regulere strømmen av resirkulert gass i forhold til avtappingsstrømmen anvender man vanligvis en ventil eller en kran av kjent type, f.eks. en nålventil. Ved kjennskap til resirkulasjonsstrømmen er det mulig tilnærmelsesvis å beregne fortynningsgraden i gassejektoren, hvorved gass-strømmene inn i og ut av blodet neglisjeres i forhold til de strømmer som måles ved hjelp av strømningsmålerne 12 og 13.

En patron 14 _med natronkalk binder karbondioksydet. Kapasiteten i denne patron er vanligvis mellom 0,3 og 3 dm-'.

Etter som det er hensiktsmessig å kjenne til mengden av absor-bert karbondioksyd er det fordelaktig til natronkalken å sette en metningsindikator, f.eks. en fargeindikator. Hvis patronen har en transparent vegg, kan man riaktta fargeforandringen hos indikatoren tilsvarende en progressiv metning av natronkalken med karbondioksyd.

Som anordning 15 for innføring av en væske- eller gassfase i gassblandingen, kan man anvende forskjellige anord-ninger av kjent type slik som en finfordelingsapparatur, et blandingsmunnstykke, en bobleanordning, en fordampningsanord-ning, osv.

Ifølge oppfinnelsen fungerer kondisjoneringsanordningen 16 som en varmeveksler som gjennomstrømmes av gass-strømmen både oppstrøms og nedstrøms oksygentilførselsappara-turen. Den foretrukne, kondisjoneringsanordning omfatter en befuktriingsapparatur som gjennomstrømmes av gass-strømmen opp-strøms oksygentilførselsapparaturen og en kondensator som gjennomstrømmes av gass-strømmen nedstrøms oksygentilførsels-apparaturen. "Apparaturen er hensiktsmessig varmeisolert, slik at praktisk talt all varmeveksling med omgivelsene unngås.

Med hensyn til. at. gass-strømmen i oksygentilførsels-apparaturen har en tendens til å ta opp vanndamp som stammer fra blodet og som har passert gjennom.membranet, er det nød-vendig' på forhånd å-fukte den inngående .gass-strøm for å unngå at pasienten mister altfor store mengder vann.

Som fukteapparatur kan man anvende en hvilken som helst kjent- innretning,.f.eks. et apparat med en antall skiver, partielt nedsenkende, hvilke med lav hastighet roterer rundt en horisontalåksel i et lukket rom slik som vist. i fig. J>.

Dette befuktningsapparat omfatter en horisontal aksel 20, -som bærer en gruppe av vertikale skiver 21 og 22, utstyrt med perforeringer. Som-det fremgår av fig. 3 er.disse, skiver anordnet'alternerende og utformet på en. slik måte at gassen.tvinges til å stryke langs deres sideflater. -Gruppen av skiver 21, 22 roteres langsomt ved. hjelp av en motor .3.3 i- en-tett sylindrisk'beholder 34 som er utstyrt .med.innløpsrør 25

og utløpsrør 26 for gass-strømmen, samt med et siderør 27 for påfylling åv væske og for kontroll av væskenivået i beholderen.

Kondensatoren er.avgrenset delvis av beholderens, sidevegg' som er utstyrt med-flenser 28 med a siksak anordnende perforeringer for å fremme varme veks lingen med b.efuktnings-appåraturen og delvis av en- perifert anordnet, vegg 29., slik at det dannes et- lukket rom'. Dette .rom er utstyrt me.d innløps rør 30 og utløpsrør 31 for. den fra oksy<g>entilførselsapparaturen kommende gass-strøm samt med et rør 32 for avtapping av kond-ensåt.

Kondensatoren gjør det . mulig.å gjenvinne . den lat-ente varme i dampen fra oksygentilførselsapparaturen■og å redu- . sere den mengde vann som ellers skulle forbli i renseapparatu-. ren 14.

Rørledningene som forbinder, kondisjoneringsanordningen 16 og oksygentilførselsapparaturen 1 er varmeisolert eller fortrinnsvis utstyrt med oppvarmingsanordningen 23 og 24 av kjent typé, slik at-man skal kunne unngå kondens .i disse, ledninger,'kompensere'den avkjøling- som skyldes trykkreduksj.on-en av drivgassen og eventuelt etter behov- å forhøye tempera-turen' i den gassblanding som strømmer gjennom rørledningene med noen grader. Man kan f.eks. anvende elektriske motstands-tråder i veggene av rørene som består av silikonelastomer.

Befuktningsapparaturen mates med en gass-strøm viss temperatur ligger nær romtemperatur, vanligvis mellom 20 og 30°C. Man metter denne gass-strøm med fuktighet ved en i befuktningsapparaturen stigende temperatur på grunn av den varme som leveres av kondensatoren. Oppvarmingsanordningen 23 gjør de.t mulig for gassblandingen å nå oksygentilførsels-apparaturen i umettet tilstand med en temperatur på ca. 37°C. I oksygentilførselsapparaturen mettes gassblandingen med fuktighet, mens den beholder en i det vesentlige konstant temperatur. Etter at gassblandingen har forlatt oksygentil-førselsapparaturen unngås -kondensering i rørledningen mellom oksygentilførselsapparaturen og kondensatoren ved at.man anvender oppvarmingsanordningen 24. I kondensatoren avgir gassblandingen sin varme og får i hovedsaken igjen den temperatur den hadde før inngang i befuktningsapparaturen., altså 20-30°C.

I -stedet for skivene 21, 22 kan kondisj onerings--anordningen ifølge en annen ut føre ls es form ha'skru linje formet anordnede skillevegger viss endekanter gir tilstrekkelig spillerom til å tillate tilførsel eller avtapping -av de an-vendte væsker.

Oppfinnelsen skal. illustreres ved følgende eksempel, som viser hva som kan oppnås ifølge oppfinnelsen.

Eksempel

Man anvender et apparat for oksygentilsetning til blod, bestående av en stabel av plane, mikroporøse membraner med en nytteflate på 1 m p samt mellomlegg av den type som er beskrevet i FR-PS 1.597.874.. Blodet danner ved kontakten med membranet en film med en tykkelse på mellom 0,1 og 0,5 mm. Blodet transporteres ved hjelp av to peristaltiske pumper, slik som beskrevet i NO-PS 128.846 fra den nedre hulvene til lårvenearterien hos en pasient. De to pumpene som er utstyrt med rør av silikonelastomer, roterer med en hastighet på 35 omdreininger/min. og holder blodtrykket i det indre av oksygen-tilførselsapparaturen på en verdi på mellom 50 og 200 mm Hg over atmosfærestrykk.

Som drivfluid anvender man komprimert oksygengass som underkastes en trykkreduksjon til et trykk på 3 bar. Oksygengassens trykk fortsetter å reduseres i en en-trinss-ejektor med en kapasitet på 1,5 m 2/h. En stor del av oksygen-gassen resirkuleres i en slik lukket krets som vist i fig. 2. Uttynningsgraden er. mellom 5 og 7. Man måler resirkulasjons-strømmen ved hjélp. av.en strømningsmåler av skovltypen og av-tappingsstrømmen ved hjelp av en strømningsmåler av kuletypen. En ventil som åpner mot atmosfæren ved et trykk på over -3 p/cm<p >er anbragt i sugeledningen nær ejektoren. Denne ventil har ingen returfjaer., og den må settes i stilling for hånd ved oper-asjonens begynnelse ognår det er.nødvendig.

:Før gassen når oksygentilførselsapparaturen pass-erer den i tur og orden gjennom en patron med natronkalk inneholdende fargedindikator (f.eks. metylrødt), en fordampnings-apparatur ifølge Goldmann for tilførsel av anes.tesimiddel, og en kondisjoneringsanordning.

Befuktningsapparaturen består av 13 skiver med dia-metere avvekslende. 148. og .13.8 mm, hvilke: skiver roterer med 5 omdreininger/min. og er nedsenket til 10% i vann. Den perifert anordnede kondensator inneholder ■ 13 flenser som har diametrene 154-19 8 mm og har i siksak anordnede åpninger.

Når permanent tilstand er opprettet, sirkuleres blodet med en ahstighet av 1,0 ltr./min. Blodet kommer inn i oksygentilførselsapparaturen med en.metningsgrad av oksyhemo-globin på 65% og forlater oksygentilførselsapparaturen med en. metningsgrad på 90$, noe som tilsvarer en oksygengassoverføring på 45 ml/min. (ved normaltrykk og normaltemperatur, NTP).

Videre har blodet ved inngang, i oksygentilførsels-apparaturen et partialtrykk av karbondioksyd på 50 torr og ved utløpet fra nevnte apparat et partialtrykk av karbondioksyd på 40 torr, noe som tilsvarer en karbondioksydoverføring på 70 ml/ min.

Forbruket av drivgass er 120 litr./.H .(NTP), og energiforbruket er 1 kcal/h. Disse sifre viser den gode økono-mi som oppnås .ved den kunstige lunge ifølge oppfinnelsen.

Claims (2)

1. Kunstig lunge av den type der blodtrykket er høyere enn trykket av■den oksygenholdige gass og omfattende et apparat (1) for oksygentilførsel til blod, oppdelt ved hjelp av en membran (2) i to kammere (3)^) av hvilke det ene (3) er tilsluttet til en pasients blodsystem og det andre (4) er tilsluttet til en krets gjennomstrømmet av en gass-strøm inneholdende oksygen, hvilken gass-strøm innføres i oksygentilførsels-apparaturen med en på forhånd bestemt temperatur og fuktighet, karakterisert ved at den omfatter en krets for resirkulering av i det minste en del av gass-strømmen dg en vakuumpumpe (7) hvis innsugningsåpning er tilsluttet til utløpet av oksygentilførsels apparaturens (1) andre kammer (4) og viss utløpsåpning er tilsluttet til delvis resirkulerings-kretsen og delvis eir ledning som er åpen mot atmosfæren.

2. Kunstig lunge ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en kondisjoneringsinnretning (16) for resirkulert gass bestående av et befuktningsapparat .for gass-strømmen omfattende et antall skiver (21,22) hvilke partielt er nedsenket i væske og anordnet til å rotere rundt en i det vesentlige horisontal aksel (20), hvilket befuktningsapparat er anordnet for varmeveksling med en kondensator som gjennomstrømmes av de fra oksygentilførselsapparatet (1) kommende gasser.