Katheter zum Einbringen in ein Blutgefäß
Die. Erfindung betrifft einen Katheter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 25 34 256 AI ist ein Katheter zum Einbringen in ein Blutgefäß bekannt, der zur Entnahme von im Blut gelösten Gasen dient . Der Katheter weist über einen längeren Bereich an der Katheterspitze eine nur für die. im Blut gelösten Gase durchlässige Membran auf, die über eine Kanüle in das Blutgefäß eines Lebewesens eingebracht wird. Die gasdurchlässige- Membran umfasst zwei parallele Röhren, die an ihren vorderen Enden derart über eine U-Röhre miteinander verbunden sind, das ein in die erste Röhre eintretender Gasstrom aus der zweiten Röhre austritt . Die erste Röhre ist über eine rohr- förmige Verbindung, deren Außenwand gasundurchlässig ist, mit einer außerhalb des Lebewesens angeordneten Gasquelle verbunden. Die zweite Röhre ist über eine weitere rohrförmige Verbindung, deren Außenwand gasundurchlässig ist, an einen außerhalb des Lebewesens angeordneten Gasanalysator angeschlossen.
Zur Entnahme und Bestimmung der im Blut gelösten Gase strömt ein Spülgas kontinuierlich von der Gasquelle in die erste als Membran ausgebildete Röhre und von dort aus weiter über die U-Röhre in die zweite als- Membran ausgebildete Röhre. Beim Passieren der gasdurchlässigen Membran wird das Spülgas mit
Blutgasen angereichert, die aus dem Blut durch die großflächige gasdurchlässige Membran in den Innenraum der beiden Röhren diffundieren. Das mit den Blutgasen angereicherte Spülgas gelangt schließlich aus der zweiten Röhre zum Gasana- lysator, in dem die Blutgase qualitativ und quantitativ bestimmt werden.
Ein solcher Katheter zeichnet sich durch die sehr große Membranoberfläche aus, die vorteilhaft eine gaschromatographische Analyse der Blutgase ermöglicht, weil ausreichend große Volumina von Blutgasen, beispielsweise von den im Blut vorhandenen natürlichen Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid, in das Spülgas übergehen können.
Es hat sich aber herausgestellt, dass ein solcher Katheter nicht zur Erfassung von sich schnell ändernden Gaspartialdrü- cken im Blut geeignet ist. Diese sich schnell ändernden Gas- partialdrücke werden insbesondere von Indikatorgasen, bevorzugt von inerten Edelgasen wie Helium oder Argon, hervorgerufen, die durch einen einzigen Atemzug über die Lunge in das Blut des Lebewesens gelangen und beispielsweise zur Überwachung einer Organdurchblutung in ihrem zeitlichen Verlauf bestimmt werden.
Ein Katheter der eingangs genannten Art hat den Nachteil, dass sich die durch die großflächige Membran in den Innenraum der Röhren eindringenden Indikatorgase auf dem langen Strömungsweg von der Membran bis zum Gasanalysator mit dem Spül- gas derart vermischen,- dass schnelle zeitliche Konzentrati-
onsänderungen abflachen und nicht genau in ihrem zeitlichen Verlauf erfasst werden können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Katheter der eingangs genannten Art anzugeben, der eine Messung sich schnell ändernder Gas- partialdrücke im Blut ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Katheter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen dieses Anspruchs gelöst .
Weiterbildungen und vorteilhafte,Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Katheter ist geeignet, die sich kurzzeitig ändernden Gaspartialdrücke bzw. Gaskonzentrationen im Blut eines Lebewesens zu erfassen und zu analysieren. Diese Änderungen werden insbesondere von Indikatorgasen, bevorzugt von inerten Edelgasen wie Helium oder Argon, hervorgerufen, die durch, einen einzigen Atemzug über die Lunge in das Blut des Lebewesens gelangen und in sehr geringen Konzentrationen dem Blutkreislauf folgen, bevor sie wieder über die Lunge ausgeatmet werden. Durch den erfindungsgemäßen Katheter wird erreicht, dass die eingeatmeten und ins Blut übergegangenen Indikatorgase trotz geringer Konzentrationen in ihrem zeitlichen Verlauf mit hoher zeitlicher Auflösung erfasst werden können.
Dies basiert auf folgenden Zusammenhängen: Durch den kurzen Abstand zwischen der Membran, d.h. der Messstelle und der Ka-
pillare müssen die Indikatorgase nur einen kurzen Weg bis zum Eintritt in die Kapillare zurücklegen. Damit werden alle Laufzeitfehler eliminiert, die aus unterschiedlichen Spülgas- flüssen in der Zu- und Ableitung des Katheters auftreten können, denn die reproduzierbar gleiche Einstellung der Spülgase ist bei den geringen Flussraten enorm schwierig.
Unterschiedliche Laufzeiten in den Kapillaren sind dagegen unerheblich. Sie lassen sich konstruktiv, d.h. durch gleiche Länge und durch Kalibration eliminieren. Der Spülgasfluss vermeidet eine das Nutzsignal verfälschende Anreicherungen des Indikatorgases oder Gasgemisches an der Messstelle.
Die mittels der Kapillare in der Nähe der Membran, das heißt im Kontaminationsbereich oder distal, also im Abstrom des Spülgases, entnommene Blutgasprobe hat sich noch nicht mit dem Spülgas auf eine geringe Konzentration vermischt. Vielmehr bildet das durch die Membran in den Innenraum der Zu- und/oder Ableitung eindringende Indikatorgas zunächst eine Art Gaspfropf mit definierten Grenzschichten an der Innenseite der Membran aus, von dem dann ein Teil in die unmittelbar in der Nähe der Membran angeordnete Kapillare gelangt und dem Gasanalysator direkt, also ohne Umwege über ein Zwischenmedium, zugeführt wird.
Durch das Vorhandensein und die Anordnung der Kapillare werden die sonst beim Transport durch einen Katheter unvermeidbaren Verwirbelungen und Vermischungen bis auf ein vernachlässigbares Minimum reduziert. Die Analyse des Indikatorgases erfolgt vornehmlich durch Absaugen durch die Kapillare, die
in das Einlasssystem des Gasanalysators und damit in den evakuierten Ionenformationsraum führt . Aufgrund des Druckgradienten kann man dies auch als drücken betrachten. Der kontinuierliche Spülgasstrom drückt den Rest zum Ausgang der Kapillare.
Vorteilhaft kann die Messung von sich schnell ändernden Gas- partialdrücken im Blut- eines Lebewesens beliebig oft und über eine längere Zeit durchgeführt werden, da der erfindungsgemäße Katheter auch über mehrere Tage an vorgegebenen Messstellen in den Blutgefäßen des Lebewesens belassen werden kann.
Der Innendurchmesser der Kapillare liegt in einem Bereich zwischen 20 μm und 100 μm und beträgt vorzugsweise 50 μm.
Dadurch ist eine direkte Zuführung zur Hochvakuumkammer eines als Gasanalysator dienenden Massenspektrometer möglich. Der Strömungswiderstand in der Kapillare ist so hoch, dass das Hochvakuum kontinuierlich durch die dem Massenspektrometer zugeordnete Pumpe aufrechterhalten werden kann und eine zeitnahe Messung bei hoher zeitlicher Auflösung möglich ist .
Als Spülgas wird vorzugsweise Kohlendioxid verwendet. Neben den guten Eigenschaften als Spülgas dient Kohlendioxid insbesondere der Sicherheit des Lebewesens und des Gasanalysators, ' insbesondere des Einlasssystems. Bei Verletzung der Membran besteht keine Emboliegefahr für das Lebewesen. Die Gefahr der Kontamination des Einlasssystems wird durch das geringe Lumen der Kapillare stark vermindert.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gasanalysator um ein Massenspektrometer.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Katheter eine zusätzliche röhrenförmige Leitung umfasst, die mit ihrem offenen Ende direkt mit dem Blut in Kontakt steht und über die Blutproben aus dem Blutgefäß entnommen werden können. Dadurch wird erreicht, dass Blutproben direkt aus dem analysierenden Bereich entnommen werden können, ohne dass der Katheter entfernt werden muss. Durch dieses offene Ende kann auch der Blutdruck gemessen werden.
Nachfolgend wird -die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen außerhalb eines Körpers eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheders mit daran angeschlossenen Aggregaten nach einer ersten Ausführung,
Fig . 2 einen innerhalb eines Blutgefäßes befindliche Teil eines Katheders nach einer ersten Ausführung,
Fig. 3 einen außerhalb eines Körpers eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheders mit daran angeschlossenen Aggregaten nach einer zweiten Ausführung und
Fig. 4 einen innerhalb eines Blutgefäßes befindlichen Teil eines Katheders nach einer zweiten Ausführung .
Fig. 1 zeigt einen außerhalb eines Körpers eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheder 10 mit daran angeschlossenen Aggregaten nach einer ersten Ausführung. Der Katheder 10 umfaßt eine Zuleitung 12 und eine Ableitung.14 für Spülgas, eine Kapillare 18 und eine zusätzliche Leitung 22 zur Entnahme von Blutproben.
Die Zuleitung 12 ist bei Fig. 1 durch das Innere des Katheders 10 selbst gebildet und die Ableitung 14 durch eine Röhre, die im Freien endet. Die Zuleitung ist an eine Spülgasquelle 28, hier eine C02-Quelle angeschlossen.
Die Kapillare 18 führt zu einem Gasanalysator 26, hier einem Massenspektrometer, und zwar direkt zu dessen Hochvakuumkammer.
Die zusätzliche Leitung 22 schließlich führt zu einem Blut- analysator 30.
Fig. 2 zeigt einen innerhalb eines Blutgefäßes 32 eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheders 10 nach einer ersten Ausführung. Abgebildet ist die in das Blutgefäß 32 einzubringende Katheterspitze. Über die Zuleitung 12 strömt ein Spül- gas, das von der in Fig. 1 dargestellten Spülgasquelle 28 abgegeben wird. Die Strömungsrichtung des Spülgases innerhalb der Zuleitung 12 ist mit Pfeilen angedeutet. Das aus der Zu-
leitung 12 strömende Spülgas tritt an der Katheterspitze in die Ableitung 14 über, durch die es den Katheter 10 wieder verlässt. Die Zuleitung 12 und die Ableitung 14 sind zu diesem Zweck strömungsverbunden. Die Strömungsrichtung des Spül- gases in der Ableitung 14 ist durch einen weiteren Pfeil dargestellt .
Kurz vor der Ableitung 14 ist ein Teil des mit dem Blut in Kontakt stehenden Katheders 10 als eine nur für die im Blut gelösten Gase durchlässige Membran 16 ausgebildet, in deren unmittelbaren Nähe sich eine in der Ableitung 14 angeordnete Kapillare 18 befindet. Die Kapillare 18 ist mit ihrem anderen Ende direkt mit dem Gasanalysator 26 verbunden. Das offene Ende 20 der Kapillare 18 ist so ausgerichtet, dass das Spül- gas in die Öffnung des Endes 20 einströmen kann.
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht die Erfassung von sich schnell ändernden Gaspartialdrücken. Diese sich schnell ändernden Gaspartialdrücke treten beispielsweise bei durch einen einzigen Atemzug eingeatmeten inerten Indikatorgasen, vorzugsweise von Edelgasen, besonders bevorzugt von Helium oder Argon, auf, die in nur geringen Konzentrationen über die Lunge in das Blut übergehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Katheter 10 diffundiert ein parti- aldruckabhängiges Aliquot des in nur geringer Konzentration im Blut befindlichen inerten Indikatorgases aufgrund des Partialdruckgradienten von Blut zum System im Katheter 10 durch die relativ kleine Membranoberfläche in den Innenraum der Zuleitung 12, wobei das Spülgas eine Anreicherung des Indikatorgases am offenen Ende 20 der Kapillare 18 verhindert
torgases am offenen Ende 20 der Kapillare 18 verhindert und wobei ein Teil des Indikatorgases über die Kapillare 18 zu dem Gasanalysator 26 geleitet, der die kurzzeitige Änderung des Partialdrucks des Indikatorgases im Blut des Lebewesens erfasst .
Der Katheter 10 wird mit einem geeigneten Fluss von Kohlendioxid als Spülgas durchspült, damit sich zum einen ein geeignetes Fließgleichgewicht an der Probenentnahmestelle einstellt und zum anderen die Inhomogenität der Katheterwand mit gasdurchlässiger Membran 16 nicht zu Kompressionen oder Verformungen des Katheters 10 führt,. Das Kohlendioxidgas dient darüber hinaus der Sicherheit des Lebewesens als auch der Sicherheit des Einlasssystems am Gasanalysator 26, da bei einer Verletzung der Membran 16 die Gefahr einer Embolie für das Lebewesen nicht besteht .
Außerdem umfasst der Katheter 10 eine zusätzliche röhrenförmige Leitung 22, die mit ihrem offenen Ende 24 direkt mit dem Blut in Kontakt steht und über die Blutproben aus dem Blutgefäß entnommen werden können.
Fig. 3 zeigt einen außerhalb eines Körpers eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheders mit daran angeschlossenen Aggregaten nach einer zweiten Ausführung.
Der Katheder 10 umfaßt ebenfalls eine Zuleitung 12 und eine Ableitung 14 für Spülgas, eine Kapillare 18 und eine zusätzliche Leitung 22 zur Entnahme von Blutproben.
Die Zuleitung 12 ist bei Fig. 2 durch eine Röhre gebildet, während die Ableitung 14 durch das Innere des Katheders 10 selbst gebildet ist und im Freien endet . Die Zuleitung ist an eine Spülgasquelle 28, hier eine C02-Quelle angeschlossen.
Die Kapillare.18 führt analog zu Fig. 1 zu einem Gasanalysator 26, hier einem Massenspektrometer, und zwar direkt zu dessen Hochvakuumkammer.
Die zusätzliche Leitung 22 schließlich führt analog zu Fig. 1 zu einem Blutanalysator 30.' .
Fig. 4 zeigt einen innerhalb eines Blutgefäßes 32 eines Lebewesens befindlichen Teil eines Katheders 10 nach einer zweiten Ausführung. Abgebildet ist die in das Blutgefäß 32 einzubringende Katheterspitze. Über die Zuleitung 12 strömt ein Spülgas, das von der in Fig. 3 dargestellten Spülgasquelle 28 abgegeben wird. Die Strömungsrichtung des Spülgases innerhalb der Zuleitung 12 ist mit Pfeilen angedeutet . Das aus der Zuleitung 12 strömende Spülgas tritt an der Katheterspitze in die Ableitung 14, hier das Innere des Katheders 10 selbst ü- ber und verlässt das außen liegende Ende des Katheters 10 ins Freie. Die Zuleitung 12 und die Ableitung 14 sind zu diesem Zweck strömungsverbunden. Die Strömungsrichtung des Spülgases in der Ableitung 14 ist durch einen weiteren Pfeil dargestellt.
Kurz hinter dem Ende der Zuleitung 12 in Strömungsrichtung betrachtet, ist ein Teil des mit dem Blut in Kontakt stehenden Katheders 10 als eine nur für die im Blut gelösten Gase
durchlässige Membran 16 ausgebildet, in deren unmittelbaren Nähe sich eine in der Ableitung 14, hier dem Inneren des Katheders 10 selbst, angeordnete Kapillare 18 befindet. Die Kapillare 18 ist mit ihrem anderen Ende direkt mit dem Gasanalysator 26 verbunden. Das offene Ende 20 der Kapillare 18 ist so ausgerichtet, dass das Spülgas in die Öffnung des Endes 20 einströmen kann.
Bezugszeichenliste
(ist Bestandteil der Beschreibung)
Katheter Zuleitung Ableitung Membran Kapillare offenes Ende der Kapillare 20 Leitung zur Blutentnahme offenes Ende der Leitung 22 Gasanalysator Spülgasquelle Blutanaysator Blutgefäß