SE501074C2 - Gasblandning och apparat för att tillföra gasblandningen till lungorna hos ett levande väsen - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 07.4 2 I WO 92/10288 beskrivs användningen och effekterna av NO mer ingående. Skriften beskriver också hur NO i en blandning av N2 och O2 kan tillföras en patients lungor medelst en ventilator. 92l08636.9 beskrivs en apparat utformad att tillföra mycket små gasflöden till en pa- I en europeisk patentansökan med nr. tient. En noggrann koncentration av exempelvis NO kan tillföras en patients lungor medelst ett mycket lågt gasflöde.

Eftersom de tillförda mängderna av kväveoxid är mycket små, i allmänhet från någon eller några ppm upp till ca. det svårt att mäta koncentrationen av kväveoxiden som tillförs en 100 ppm, är patients lungor. I synnerhet kompliceras mätningarna av att de kända NO-mätarna är känsliga för tryckvariationer, vilket före- kommer på inandningssidan i ett ventilatorsystem. Det finns i princip fyra typer av mätare: kemoluminensmätare som registrerar energikvanta som avges vid de kemiska reaktionerna NO-NO2-NO, masspektrometrar, infraröd absorption och kemceller som registre- rar elektronavgivande vid reaktionen NO-N02. De kända NO-mätarna behöver också större kontinuerliga flöden av andningsgas för att Att avleda ett större flöde från inspirationsflödet innan det går till patienten medför komplika- kunna mäta NO-koncentrationer. tioner i styrningen av flödet.

Dessutom är NO en mycket reaktiv gas som kemiskt reagerar med syrgas, 02, och bildar kvävedioxid, N02, vilket är en giftig gas.

I allmänhet tillförs relativt stora mängder O2 vid behandling med NO. För att inte NO skall reagera med 02 innan den nått lungorna måste NO tillföras andningsgasen (t ex luft och 02) nära patien- ten. Detta medför också stora problem vid mätning av NO-koncentra- tionen. Gasmätaren måste placeras mellan tillförseln av NO och lungorna och detta avstånd skall vara så kort som möjligt för att minimera mängden N02 till lungorna. Den tillförda NO-gasen måste dock hinna blandas med andningsgasen innan mätningen av NO-kon- centrationen görs. Med andra ord, om tillförseln av NO till and- ningsgasen sker så nära patienten att bildandet av N02 minimeras, kan inte gasmätarna ge ett pålitligt mätvärde av NO-koncentra- tionen och om tillförseln av NO till andningsgasen sker längre bort från patienten, så att en korrekt mätning av NO-koncentra- tionen kan göras, ökar bildningen av N02. N02-molekylerna kan filtreras bort i en absorber placerad före patienten, men om fler 1,0 15 20 25 30 35 501 074 3 N02-molekyler bildats medför detta att koncentrationen av NO inte längre blir den önskade. Dessutom kräver, som nämnts ovan, de flesta moderna NO-mätare att ett relativt. högt kontinuerligt gasflöde passerar mätaren. Denna avledning av gaser till patienten bidrar också till att fler N02-molekyler hinner bildas innan gasen kommer till patientens lungor. NO tillförs i allmänhet utspädd i N2, främst för att kunna styra de små mängder som skall tillföras.

Ett syfte med uppfinningen är att frambringa en gasblandning innehållande en förutbestämd koncentration av NO som medför att den till en patient förda mängden NO på ett enkelt sätt kan be- stämmas exakt.

Ett annat syfte med uppfinningen är att frambringa en apparat avsedd att tillföra en förutbestämd mängd NO till lungorna.

De ovan angivna problemen löses med en gasblandning i enlighet med uppfinningen genom att gasblandningen vidare innehåller en inert, ogiftig spårgas.

Den inerta spårgasen reagerar inte med de andra gaserna och kan förekomma i högre koncentrationsgrad än den önskade koncentra- tionen av NO. Genom att NO och spårgasen förekommer i ett exakt förhållande, koncentrationen av spårgasen i blandningen av gasblandningen och kan koncentrationen av NO erhållas genom att mäta andningsgasen. Den högre koncentrationen av spårgas är enklare att mäta och en mycket god noggrannhet erhålles. Dessutom kan kon- *centrationen mätas i utandningsgasen från lungorna. Om spårgasen tas upp av kroppen måste ett jämviktsläge för detta upptag invän- tas innan korrekta mätvärden kan erhållas, dà mätningen görs på utandad gas.

En vidareutveckling av gasblandningen erhålles i enlighet med uppfinningen genom att den inerta, ogiftiga spårgasen dessutom är svårlöslig i vatten och fett.

En spårgas som är svårlöslig i vatten och fett tas inte upp av kroppen. Då lungorna uppnått den koncentration av spårgas som tillförts dem uppstår en jämvikt och koncentrationen av NO kan bestämmas genom att mäta koncentrationen av spårgas antingen i inandad gas eller utandad gas.

En fördelaktig spårgas är en ädelgas, He. Helium är inert och ogiftig. Gasblandningen kan härvid utgöras enbart av NO och He. Det är inte nödvändigt att blanda i N2 i företrädesvis helium, 10 15 20 25 30 35 501 07.4 4 denna gasblandning. N2 är för övrigt olämplig som spàrgas eftersom den förekommer i atmosfären.

Dä även ädelgaser förekommer i atmosfären och därmed i andningsgasen i en välkänd koncentration måste mätresultatet korrigeras för att kompensera denna effekt.

En annan fördelaktig spårgas är SF6. SF6 är en inert gas som inte reagerar med NO, är minimalt vattenlöslig, ogiftig och har ett högt hygieniskt gränsvärde, 0,5 %. Dä SF6 inte tas upp av kroppen, dvs inte passerar lungmembranet, kan den även utnyttjas i samband med funktionsdiagnostik av lungan, där lungans funk- tionella residualkapacitet (FRC) bestäms. FRC kan bestämmas genom att under en period tillföra SF6 till lungorna tills ett jämvikts- tillstànd uppkommer mellan inandad och utandad mängd SF6. Därefter avbryts tillförseln av SF6 och avtagandet av SF6 i utandnings- luften mäts. FRC kan sedan beräknas genom att bestämma den volym SF6 som lämnar lungorna. I samband med behandling med NO kan FRC- mätningen göras mellan tvà olika koncentrationsnivàer av SF6, där den lägre utgörs av den terapeutiska behandlingsnivån för NO.

Härigenom erhåller patienten en erforderlig behandling samtidigt som FRC mäts.

Koncentrationen av SF6 i gasblandningen är mellan 0,1 och 5 %, företrädesvis mellan 1 % och 2 %. Det väsentliga är dock att den slutblandning som när patienten inte innehåller en koncentration av SF6 som är högre än det hygienska gränsvärdet.

En fördelaktig form av gasblandningen erhålles i enlighet med uppfinningen genom att gasblandningen ytterligare innehåller en förutbestämd koncentration av N20.

Till skillnad från NO kan N20 endast upptas i begränsad om- fattning, vilken är beroende av blodflödet. Genom att mäta krop- pens upptag av N20 kan därigenom blodets genomströmningshastighet i kapillärer vid lungblåsorna bestämmas.

Oavsett gasblandningens totala sammansättning, av exempelvis NO, N2, He, SF6, N20 eller andra kombinationer, är det en fördel om koncentrationen av NO är mellan 10 och 100 000 ppm, företrädes- vis mellan 100 och 10 000 ppm. Koncentrationen till patienten är normalt upp till 100 ppm, beroende på syftet med tillförseln.

En apparat avsedd att tillföra en förutbestämd mängd NO till lungorna erhålles i enlighet med uppfinningen genom att en apparat 10 15 20 25 30 35 501 074 5 innefattande en gaskälla innehållande en andningsgas, en inspira- tionsslang genom vilken andningsgasen och NO leds ner i lungorna och en exspirationsslang, genom vilken andningsgas och NO leds bort från lungorna, kännetecknas av att en andra gaskälla tillför NO till inspirationsslangen i form av en gasblandning enligt något av kraven 1-7 och att en gaskoncentrationsmätare är placerad vid gasflödesvägarna för att mäta koncentrationen av spårgasen.

Genom att mäta koncentrationen av spårgasen erhålles också koncentrationen av NO.

Med denna uppställning kan gaskoncentrationsmätaren kal ibreras när apparaten är uppställd, men innan patienten ansluts till ap- paraten, genom att leda kända gasflöden av andningsgas och gas- blandningen genom inspirationsslangen och exspirationsslangen. Om en felaktig gasblanding av misstag anslutits, t ex en blandning med 10 000 ppm NO och 2 % SF5 istället för 1000 ppm NO och 1 % SF6, kommer mätfelet även för en icke kalibrerad gaskoncentra- tionsmätare att vara så stort att det är uppenbart för operatören att en felaktig gasblandning anslutits.

Det är en fördel om gaskoncentrationsmätaren är placerad vid exspirationsslangen för att mäta koncentrationen av spårgasen.

Eftersom spårgasen uppnår ett jämviktstillstånd i kroppen eller inte tas upp av kroppen överhuvudtaget kan mätningen ske på utan- dad gas och ändå ge exakt information om tillförd koncentration.

Dessutom kan gasblandningen härvidlag tillföras i princip direkt i lungorna eftersom ingen mätare behövs på inandningssidan.

Bildandet av N02 minimeras härigenom.

En 'vidareutveckling av apparaten erhålles i enlighet med uppfinningen genom att apparaten ytterligare omfattar en flödes- mätare placerad vid exspirationsslangen för att mäta det utandade gasflödet och en analysator för att bestämma den funktionella residualkapaciteten, FRC, varvid analysatorn styr den andra gas- källan så att den under en insköljningsfas ökar tillförseln av gasblandningen från en första nivå till en andra nivå tills ett jämviktstillstånd av spårgasen erhållits i lungorna, varefter ana- lysatorn styr den andra gaskällan så att den vid inledningen av en utsköljningsfas återigen tillför gasblandningen med den första nivån och utgående från gaskoncentrationsmätningar från gaskon- centrationsmätaren och flödesmätningar från flödesmätaren under 10 15 20 25 30 35 501 07_4 6 utsköljningsfasen av den förhöjda spårgaskoncentrationen beräknar FRC.

Härigenom behöver en pågående behandling med NO inte avbrytas för att beräkna FRC. Istället utförs bestämningen av FRC mellan två olika koncentrationsnivåer av spårgasen.

Det är en fördel om apparaten är utformad så att en första ytterligare gaskoncentrationsmätare är placerad vid exspirations- slangen för att mäta koncentrationen av NO.

Mätningen av spårgasen medför att den tillförda mängden NO är känd och genom att mäta den avgivna mängden NO kan upptaget av NO av kroppen bestämmas och därigenom kan lungans diffusionskapacitet bestämmas. Här kan i princip hela gasflödet utnyttjas för att mäta koncentrationen av den kvarvarande NO-halten.

I samband med att en gasblandning även innehållande en förut- bestämd koncentration av N§)tillförs lungorna är det en fördel om apparaten innefattar en andra ytterligare gaskoncentrationsmätare placerad vid exspirationsslangen, för att mäta koncentrationen av bßO. Liksom för NO erhålles inandad koncentration från mätningen av spårgasen. Upptaget i kroppen kan därför enkelt beräknas.

I en samtidigt inlämnad patentansökan med ansökningsnr. 9302477-6 beskrivs en apparat som utnyttjar en annan princip för att tillföra exempelvis NO till en lunga.

En vidareutveckling av apparaten erhålles i enlighet med uppfinningen genom att en exspirationsventil är placerad i exspi- ~rationsslangen mellan lungorna hos det levande väsendet och gas- koncentrationsmätaren/na.

Exspirationsventilen reglerar trycket i exspirationsslangen under såväl in- som utandning.

Placeringen av exspirationsventilen i exspirationsslangen mellan lungorna och gaskoncentrationsmätaren/na medför också att inandningsflödet kan ledas helt ostört till patienten.

Det är en fördel om apparaten är utformad så att en bland- ningsbehållare är placerad vid exspirationsslangen mellan exspi- rationsventilen och gaskoncentrationsmätaren/na.

I synnerhet då långsamma gaskoncentrationsmätare används är det fördelaktigt att mäta ett flytande medelvärde för gaskon- Samtidigt bör då Ett lämpligt centrationen istället för_ett nmmentanvärde. också motsvarande medelvärde bestämmas för flödet. 10 15 20 25 30 35 i 501 074 över är en 7 tidsintervall att medelvärdesbilda minut.

Blandningsbehållaren är i detta fall viktig eftersom den bildar ett koncentrationsmedelvärde för den gas som passerar igenom den.

Gasen passerar i medeltal på en viss tid, under vilken tid gaser från ett större tidsintervall blandas med varandra, dvs bildar ett medelvärde för medelgenomloppstiden genom behållaren.

Ovan har även problemen med bildningen av Nq2berörts. Efter- som denna gas bildas kontinuerligt med en bestämd reaktionshastig- het kan bestämningen av N0-koncentrationen kompenseras för bild- ningen av N02. Det är också möjligt att mäta koncentrationen av lflë på exspirationssidan för att kompensera bestämningen av inan- dad koncentration av N0 och diffusion av N0 ii: i kroppen. En tredje möjlighet är att kalibrera hela systemet med en känd gas- blandning innan patienten kopplas in på apparaten. Mätning av N02- koncentrationen kan även utnyttjas för att kontrollera om en läcka på högtryckssidan föreligger så att 02 strömmar in. Denna över- vakning kan kopplas t ex till ett larm.

I anslutning till figuren skall ett utföringsexempel av apparaten i enlighet med uppfinningen beskrivas.

En apparat för tillförsel av en förutbestämd koncentration av NO till lungorna hos en patient är allmänt betecknad med 2 i figu- ren. Apparaten omfattar en ventilatorenhet 4, som styr och regle- rar hela apparaten 2. Tre gasanslutningar 6A, 6B, 6C är anslutna till en gasmixer 8 i ventilatorenheten 4. Via gasanslutningarna 6A, 6B, 6C kan de gaser som skall utgöra en andningsgas för pa- tienten tillföras ventilatorenheten 4. Det kan exempelvis vara syrgas och luft, 6B, 6C används. Från gasmixern 8 leds andningsgasen via en första ventil 10 med ett förutbestämt tryck och flöde till en inspirationsslang 12. Inspirationsslangen 12 leder andningsgasen till lungorna hos varvid två av' gasanslutningarna 6A, patienten. Från en andra gasmixer 14 kan en gasblandning inne- hållande en förutbestämd koncentration av NO, SF6 och N20, utspädda i N2 eller He, tillföras inspirationsslangen 12 via en anslut- ningsslang 16. ventilatorenheten 4 styr tillförseln av gasbland- ningen via en styrledning 18. NO är starkt reaktiv och bildar tillsammans med syrgas, 02, kvävedioxid, N02, vilket är en giftig gas. Tillförseln av gasblandningen bör därför ske så nära patien- ten som möjligt för att dels minimera halten av N02 och dels säkra 10 15 20 25 30 35 501 074 8 att koncentrationen NO som tillförs lungorna är den önskade. Gas- blandningen kan exempelvis innehålla 0,1 % NO, 2 % SF6, 1 % N20 och resten N2 eller He.

Från patienten leds den utandade gasen genom en exspirations- slang 20 tillbaka till ventilatorenheten 4. Via en andra ventil 22 leds den utandade gasen bort till en evakuering, exemplevis om- givande atmosfär eller uppsamlingskärl för utandningsgasen. Me- delst den andra ventilen 22 kan exempelvis ett motständstryck vid utandning, s k PEEP, upprätthàllas.

I exspirationsslangen 20, efter den andra ventilen 22, finns en första gasmätare 24, som mäter koncentrationen av SF6 i utand- ningsgasen och överför en mätsignal via en första signalledare 26 till ventilatorenheten 4, centrationen av NO i utandningsgasen och överför en mätsignal via en andra gasmätare 28, som mäter kon- en andra signalledare 30 till ventilatorenheten 4 och en tredje gasmätare 32 som mäter koncentrationen av N20 i utandningsgasen och överför en mätsignal via signalledare 34 till ventilatoren- heten 4.

Mellan gasmätarna 24, 28, 32 och den andra ventilen 22 är en blandningsbehâllare 40 placerad. Blandningsbehâllaren 40 medför att gas över ett större tidsintervall samlas och blandas och därigenom bildar ett medelvärde för koncentrationen av NO, N20 och N02. SF6 förblir opäverkad.

Tillförseln av NO via den andra gasmixern 14 kan göras av för att bestämma lungans diffusionskapacitet eller för att minska re- sistansen mot blodströmning i lungkapilärerna. Det kända förhål- diagnostiska eller terapeutiska orsaker, exempelvis landet mellan koncentration av NO och SF6 i gasblandningen från den andra gasmixern 14 medför att den tillförda mängden NO till patienten kan bestämmas genom att mäta koncentrationen av SF6 i expirationsslangen 20. SF6 är en inert gas som dessutom inte tas upp av kroppen och efter ett mindre antal andningscykler kommer en jämvikt att uppstå mellan in- och utandad SF6. Om koncentrationen av NO i den blandade inandningsgasen förändras, förändras även koncentrationen av SF6 och en ny jämviktskoncentration kommer att uppnås i lungorna, vilket uppmäts i utandningsgasen. Därigenom kan den tillförda koncentrationen NO bestämmas exakt. Kompensering för den N02 som trots allt bildas kan göras på något av de sätt som 10 15 20 25 30 35 501 074 beskrivits ovan.

Spårgaskoncentrationen kan även mätas i inspirationsslangen.

Jâmviktskoncentraticnen för lungornas innehåll av spårgas inverkar då inte på mätningen, utan alla förändringar registreras direkt.

Mätningen på exspiraticnssidan har dock andra fördelar. Dels kan inspirationsflödet gå helt ostört till lungorna. Dels kan gas- blandningen tillföras ännu närmare lungorna, i princip nere i lungorna, vilket minimerar antalet reaktioner mellan NO och 02.

Andningsgasen och gasblandningen hinner också blandas ordentligt innan mätningen sker, vilket är svårare att åstadkomma på inspira- tionssidan då gaserna skall blandas mycket nära lungorna.

Genom att mäta koncentrationen av NO i den utandade gasen, kan den mängd NO som kroppen tar upp bestämmas. Härigenom kan lungans diffusionskapacitet bestämmas, eftersom NO-molekylerna i princip kan tas upp i obegränsat antal av blodet, vilket medför att det inte byggs upp något mottryck som begränsar diffusionen av NO till blodet.

Genom att tillföra N20, vars koncentration erhålles på mot- svarande sätt som koncentrationen av NO genom att mäta koncentra- tionen av SF6, och mäta koncentrationen av N20 i utandningsgasen, Detta beroende på att N20-molekylerna, till skillnad från NO-molekylerna, endast kan tas kan blodflödet genom lungorna bestämmas. upp i begränsad omfattning av blodet. Upptaget av N20-molekyler blir därför ett mått på blodflödet genom lungorna. Med fördel tillförs N20 i minst två olika koncentrationer och sedan mäts ändringen av N20-koncentrationen i utandningsgasen för att bestämma blodflödet genom lungorna.

I apparaten 2 finns också en analysator 36 för att bestämma FRC. styra den andra gaskällan 14 och erhåller mätvärden från gaskon- 28, mäter det utandade gasflödet. Genom att öka flödet från den andra gaskällan 14 under en viss tid erhålles ett nytt jämviktsläge för Då flödet från den andra gaskällan 14 återställs kommer lungorna successivt tömmas på överskottet av den funktionella residualkapaciteten, Analysatorn 36 kan centrationsmätarna 24, 32 och från en flödesmätare 38, som SF6-halten i lungorna.

SF6. Analysatorn kan beräkna volymen av detta överskott utgående från koncentrationsmätvärden och flödesmätvärden uppmätta under den tid som åtgår för överskottet av SF6 att sköljas ut ur lungor- 10 15 501 074 10 na. Den beräknade volymen används sedan för att bestämma FRC.

Ovan angavs att då luft och 02 utgör andningsgas, används endast två av de tre gasanslutningarna 6A, 6B, 6C. Det är då i vissa sammanhang lämpligt att tillföra gasblandningen genom den tredje gasanslutningen 6C istället för att ha en separat anslut- ning i själva inspirationsslangen 12. Den första ventilen 10 kan ersättas med tre ventiler som var för sig styr gasflödena från de tre gasanslutningarna 6A, 6B, 6C. Vid ett sådant utförande kan en Servo Ventilator 300 från Siemens-Elena, Sverige, med fördel an- vändas. 14 patentkrav 1 figur

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 ll I. 501 074 Eatentkrav

1. Gasblandning avsedd att tillsammans med en andningsgas tillföras lungorna hos ett levande väsen, vilken gasblandning in- nehåller en förutbestämd koncentration av NO, k ä n n e t e c k - n a d a v att gasblandningen innehåller en förutbestämd koncen- tration av en inert, ogiftig spårgas.

2. Gasblandning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den inerta, ogiftiga spårgasen dessutom är svàrlöslig i vatten och fett.

3. Gasblandning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att spårgasen utgörs av en ädelgas, företrädesvis helium, He.

4. Gasblandning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a V att spårgasen utgörs av SF6.

5. Gasblandning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att koncentrationen av SF6 är mellan 0,1 och 5 %, före- trädesvis mellan 1 och 2 %.

6. Gasblandning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att gasblandningen ytterligare innehåller en förutbestämd koncentration av Näl

7. Gasblandning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v* att koncentrationen av NO är mellan 10 och 100 000 ppm, företrädesvis mellan 100 och 10 000 ppm.

8. Apparat avsedd att tillföra en förutbestämd mängd NO till lungorna hos ett levande väsen, innefattande en gaskälla (4) (12) vilken andningsgasen och NO leds ner i lungorna och en exspira- innehållande en andningsgas, en inspirationsslang genom tionsslang (20), genom vilken andningsgas och NO leds bort från lungorna, k ä n n e t e c k n a d a V att en andra gaskälla (14) tillför NO till inspirationsslangen (12) i form av en gasblandning 10 15 20 25 30 35 501 074 12 enligt något av kraven 1-7 och att en gaskoncentrationsmätare (24) är placerad vid gasflödesvägarna för att mäta koncentrationen av spärgasen.

9. Apparat enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d att gaskoncentrationsmätaren (24) är placerad vid exspirations- a v slangen (20) för att mäta koncentrationen av spårgasen. lol flödesmâtare (38) placerad vid exspirationsslangen (20) för att mäta det utandade gasflödet och en analysator (36) för att bestäm-

10. Apparat enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v en ma den funktionella residualkapaciteten, FRC, varvid analysatorn (36) styr den andra gaskällan (14) så att den under en inskölj- ningsfas ökar tillförseln av gasblandningen.från en första nivå till en andra nivå tills ett jämviktstillstånd av spårgasen erhål- lits i lungorna, källan (14) återigen tillför gasblandningen med den första nivån och utgående varefter analysatorn (36) styr den andra gas- så att den vid inledningen av en utsköljningsfas från gaskoncentrationsmåtningar från gaskoncentrationsmätaren (24) och flödesmätningar från flödesmätaren (38) under utsköljnings- fasen av den förhöjda spårgaskoncentrationen beräknar FRC.

11. k ä n n e - t e c k n a d (28). centrationen av NO. Apparat enligt något av kraven 8 - 10, av en första ytterligare gaskoncentrationsmätare placerad vid exspirationsslangen (20) för att mäta kon-

12. Apparat enligt något av kraven 8 - 11, k ä n n e - t e c k n a d blandning enligt krav 6 till inspirationsslangen (12) och att en a v att den andra gaskällan (14) tillför en gas- andra ytterligare gaskoncentrationsmätare (32) är placerad vid exspirationsslangen (20) för att mäta koncentrationen av N20.

13. Apparat enligt något av kraven 8 - 12, k ä n n e - t e c k n a d rationsslangen (20) mellan lungorna hos det levande väsendet och a v en exspirationsventil (22) placerad i exspi- gaskoncentrationsmätaren/na (24, 28, 32). 501 074 13

14. Apparat enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d a v en blandningsbehållare (40) placerad vid exspirationsslangen (20) mellan exspírationsventilen (22) och gaskoncentrationsmätaren/na (24, 28, 32).