DE2223474C3

DE2223474C3 - Vorrichtung zur Aufbereitung der Atemluft bei Ausschluß der Nasenatmung eines Patienten

Info

Publication number: DE2223474C3
Application number: DE19722223474
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. 5103 Brand Urbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-13
Filing date: 1972-05-13
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2223474B2; DE2223474A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung der Atemluft bei Ausschluß der Nasenatmung eines Patienten und Versorgung der Luftröhre (Trachea) über eine Trachealkanüle, mit einem an die Trachealkanüle anschließbaren, eine Speichermasse enthaltenden Sorptions-Regenerator.

Aus verschiedenen Gründen ist es manchmal erforderlich, den Nasen-Rachen-Raum eines Kranken als Teil des Atemweges stillzulegen und den Patienten statt dessen durch eine Trachealkanüle atmen zu laslen. Dadurch gelangt in die Trachea (Luftröhre) Luft von Raumzustand (z. B. 22" C / 40-50% rel. F.). während die bei Nasenatmung in die Trachea gelangende Luft nahezu mit Wasserdampf gesättigt und auf Körpertempcraturerwärmtist(37° C/ 100% rel. F.).

Dieses physiologische »Tnipenklima« in der Trachea ist nötig, um den Selbstreinigungsmechanismus der Atemwege voll wirksam zu erhalten, denn durch die Arbeit des Flimmerepithels wird eine dünne Schicht wäßrigen Schleims entgegen der Schwerkraft zur Epiglottis (Kelilkopfdeckel) hin" gefördert und kann ausgeworfen werden. Die Güte der Nase bzw, ihrer Schleimhäute als Wärme- Und Stöffaiistauscher wird daran erkennbar, daß der Luftzustand bei Eintritt in die Trachea selbst bei extrem tiefen Und trockenen Außenziiständen annähernd gleich gehalten werden kann,

Wird iiun durch Trächeolomie (Luftrohrenschnitt)

ίο

der Nasen-Rachen-Raum als Teil des Atemweges umgangen, so entspricht der Eintrittszustand der Luft in die Trachea in der Regel dem Raumluftzustand, was zur Folge hat, daß das Flimmerepithel aufgrund des nun vorhandenen Temperatur- und Feuchtegradienten zur Atemluft austrocknet und eine geringere Temperatur annimmt. Dadurch wird die Ciliaraktivität träge und das Sekret höher viscos. Die Folge davon ist, daß sich pathogene Luftkeime ansammeln, die zu Schwierigkeiten der post-operativen Behandlung führen.

Zur Aufbereitung der Atemluft sind Sorptions-Regeneratoren bekannt, bei denen in einem rohrförmigen Gehäuse mit schlecht-leitendem Mantel eine FuI-lung aus Drahtgase oder fein zerkleinerten Metallteilchen untergebracht ist (DE-PS 102300). An dem einen Ende des Gehäuses ist eine Anschlußhaube befestigt, die sich zum äußeren Ende hin verjüngt und an die Atemleitung angeschlossen wird. Das entgegengesetzte Ende des Gehäuses ist offen.

Bei einem anderen bekannten Sorptions-Regenerator (DE-AS 1169615, Prospekt P 5597 »Atemluftbefeuchter«, Drägerwerk, 2. Ausg., Nov. 1965) enthält das Gehäuse eine Füllung aus Metalldrähten, -sieben oder -«eweben oder ein poröses Metall mit guter Wärmeleitung. Der bei der Ausatmung in der Ausatemluft enthaltene Wasserdampf schlägt sich an der Austauscherfüllung in Form flüssigen Wassers nieder. Gleichzeitig gibt die Ausatemluft ihre Wärme an die Austauscherfüllung ab, so daß in dieser während der Ausatmung Wasser und Wärme aufgespeichert werden. Bei der folgenden Einatmung verdunstet das gespeicherte Wasser und gelangt als Wasserdampf in die Einatemluft. Dabei wird gleichzeitig Wärme gebunden, wodurch die Füllung des Austauschers abgekühlt wird. Bei diesem Sorptions-Regenerator kann die Füllung des Gehäuses auch aus einem Metallsiebkörpei bestellen, zwischen dessen Schichten zum besseren Transport des Wassers saugfähige Materialien eingeschaltet sind.

Die mit den bekannten Geräten erreichbaren Gütegrade des Wärme- und Feuchtigkeitsaustausches liegen bei 4* bis 70%.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, so daß die Gütegrade von Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch höher werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speichermasse aus einem schlecht-wärmeleitenden Material besteht, welches mit einem hygroskopischen Material getränkt ist.

Vorzugsweise besteht die Speichermasse aus feingewellter, lange dünne Kanäle bildender Asbestpappe, welche mit Lithiumchlorid getränkt ist. Diese Speichermasse besitzt antibakterielle Eigenschaften und ist toxisch für dtn Patienten ungefährlich.

Vorzugsweise ist der Sorptions-Regenerator mit einer sich im Querschnitt verjüngenden Anschlußhaube versehen, deren Wandungsneigungswinkel zwischen 10^ö und 40° beträgt, Die Anschlußhaube dient als Übergangs'tüdk zwischen dem Regenefatörqüerschnitt und dem Kanülenquerschriitt, Ähnliche Anschlußhauben werden zwar auch bei den bekannten Sorptions-Regeneratören verwandt, jedoch ist dort der Wandungs-Neigungswinkel erheblich größer, so daß sich ungünstige Stfömungsverhältrtisse ergeben. Die erfindungsgemäße Anschlußhaube hat zwar grö^ ßere Längenabmessungen als die bekannten An-

Schlußhauben, bereitet aber bei ihrem Gebrauch keine Schwierigkeiten. §

Die Außenwände des Sorptions-Regenerators bestehen vorzugsweise aus schlecht-wärmeleitendem Material, insbesondere aus Kunststoff. Durch die gute Wärmeisolierung wird der Wärmeverlust des Gerätes an die umgebende Raumluft gegenüber metallenen Gehäusen stark herabgesetzt. Die zurückgehaltene Wärme bleibt für die eigentliche Aufgäbe, nämlich dis Erwärmung der beim nächsten Atemzug angesaugten Luft, erhalten. Weiter wird durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit erreicht, daß die Temperatur der Innenwände des Gehäuses im Mittel höher liegt als bei metallischen Gehäusen, so daß eine Taupunktunterschreitung und damit eine teilweise Kondensation der ausgeatmeten Luft am Gehäuse weitgehend vermieden wird. Zusätzlich können die Geräte mit Heizelementen zur gänzlichen Vermeidung einer Kondensation versehen sein.

Der Sorptions-Regenerator ist vorzugsweise so bemessen, daß seine freie Querschnittsfläche etwa zwischen 5 und 12 cm² beträgt.

Ist der Patient zur Eigenatmung nicht fähig, so kann das Gerät ohne Schwierigkeiten so umgerüstet werden, daß es die Atmungssteuerung und den Atmungsantrieb übernimmt. Dies wird dadurch erreicht, daß die der Luftröhre abgewandte Seite des Sorptions-Regenerators gleichzeitig an zwei synchron betriebene Blasebälge angeschlossen ist, von denen einer mit einem Luft aus dem Sorptions-Regenerator ansaugenden Rückschlagventil und einem Luft in die Umgebung ablassenden Rückschlagventil und der andere mit einem Luft aus der Umgebung ansaugenden Rückschlagventil und einem Luft zum Sorptions-Regenerator ablassenden Rückschlagventil versehen ist. Hub und Frequenz der Antriebsblasebälge sind vorzugsweise einstellbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der bekannten Ausführung eines Sorptions-Regenerators in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2 eine Stirnansicht des Regenerators.

Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sorptions-Regenerators, teilweise im Schnitt, und

Fig. 4 eine Stirnansicht des Regenerators nach Fig. 3.

Der in den Fig. I und 2 dargestellte bekannte Sorptions-Regenerator besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, dessen Durchmesser etwa gleich der Länge ist. In dem Gehäuse befinden sich metallene Austauscherflächen in Form von Röhrchen, Folien oder Geweben aus Kupfer. Bronze oder Aluminium. Die Zylinderwand 2 des Gehäuses 1 besteht aus Metall. Eine Stirnseite ist mit einer Anschlußhaube 3 verschlossen, die sich konisch verjüngt. Der Verjüngungswinkel der Wandfläche beträgt etwa 50°. Die Anschlußhaube geht in einen zylindrischen Stützen 4 über, an den beispielsweise ein Schlauch angeschlossen werden kann,

Die Form der Anschlußhaube ist strömungstechnisch ungünstig, denn die ein·- oder ausgeatmete Luft beströmt nur einen Teil der Austaüscherfläche, so daß sich nicht durchströmte Totzoneh bilden, die zum Wärme- und Stoffaüstaüsch nichts beitragen, Das gesamte Volumen dieses recht kompakten Gerätes -

also eier erwähnte Totraum - beträgt etwa zwischen 70 und 100 cm³ und entspricht damit dem Totraum des Nasen-Rachen-Raumes.

Bei der erfindungsgemäßen, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung bestehen demgegenüber die Wände 12 des Sorptions-Regenerators 11 aus schlechtwärmeleitendem Material, im vorliegenden Fall aus Kunststoff. Das Gehäuse hat quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 25 mm. Die Länge beträgt 200 mm. An einer Stirnseite ist das Gehäuse offen, während es an der anderen Stirnseite mit einem Flansch 15 versehen ist, an. dem mittels Federklemmen 16 die Anschlußhaube 13 befestigt ist. Die Anschlußhaube besitzt einen dem Flansch 15 entsprechenden Flansch 17. Ihr Querschnitt erweitert sich ausgehend von dem runden Stutzen 14 stetig. Der Schrägwinkel der Wände der Anschlußhaube beträgt etwa 10 bis 20°. Durch diese \usbildung wird das Volumen des Totraumes innern^'b des Sorntions-Regenerators 11 herabgesetzt.

Die Speichermasse 18 im Innern des Sorptions-Regenerators 11 besteht aus lange, dünne Kanüle bildender feingewellter Asbestpappe, die mit Lithiumchlorid, einem hygroskopischen Material, getränkt ist.

Für die Größe der Stirnfläche des Regenerators 11 ergibt sich folgendes:

Die Stirnfläche darf einerseits aus praktischen Gründen (Gewicht, Unhandlichkeit; nicht zu groß werden, ist aber auch nach unten begrenzt, denn eine kleine Stirnfläche bedingt große Luftgeschwindigkeiten und damit auch große Druckverluste, was zu einer Behinderung beim Atmen führen würde. Außerdem treten bei großen Luftgeschwindigkeiten schlechtere Gütegrade aller Austauschvorgänge auf. Die günstigste Lösung besteht in einem Kompromiß rwischen diesen Forderungen.

Versuche haben gezeigt, daß der gesamte Druckverlust beim Atmen des ruhenden Menschen etwa 2,5 bis 3 mm V/S beträgt, wovon etwa die eine Hälfte auf die Lunge und die andere Hälfte auf den Nasen-Rachen-Raum mit Epiglottis entfällt. Dies gilt für ein Atemvolumen von 30 l/min. Bei gleichem Atemvolumen sollte auch etwa der Druckver'ust des Sorptions-Regenerators in gleicher Höhe liegen. Dies ist der Fall, wenn die quadratische freie Querschnittsfläche des Sorptions-Regenerators etwa 12 cm² beträgt, was bei quadratischer Ausführung einer Kantenlänge von 35 mm entspricht. Das hier beschriebene Gerät hat demgegenüber einen quadratischen freien Querschnitt mit einer Kantenlänge von 25 mm. Hierdurch werden einerseits gegenüber dem rechnerisch ermitt-iten Wert das Gewicht und das Volumen nahezu halbiert, andererseits wird der Druckverlust eher um mehr ills 1 mm WS erhöht. Diese geringe Druckverlusterhöhung ist jedoch nicht gravierend, denn 1. greifen im Fall der Eigenatmung die physiologischen Schutzreflexc des Körpers automatisch ein (in diesem Fall also tieferes Atmen, was ja bei Erkältungen des Atemtraktes mit ihren Quersehnittsverengungen und Druckverlusten ebenso selbstverständlich geschieht)^ und 2, ist der Mensch rein physisch durchaus in der Lage, diesen Druckverlust zu überwinden, denn es sind zwischen den Alveolen und der Nase bis zu 18 mm WS mit entsprechendem Atem-Minüten-Volumen (ca. 60 l/min) gemessen worden.

Die erreichten Gütegrade für den Wärmeaustausch Und den Feuchtigkeitsaustausch Hegen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ hoch. Unter Güte-

grad ist das Verhältnis des tatsäclilichen zum maximal möglichen Wärme- bzw. Sfoffaustausch zu verstehen. Alis theoretischen Gründen ist der Gütegrad des Feuchteaustausches stets höher als derjenige des Wärmeaustausches.

Mit dem beschriebenen Sofptions-Rcgcnerafor wurden folgende Gütegrade für die Temperatur ermittelt:

a) beim Einatmen 9l<%>₍

b) beim Ausatmen 88%.

Wie bereits erwähnt, liegen die Feuchtigkeits-Gütegrade noch höher.

Hierzu 1 B|att Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufbereitung der Atemluft bei Ausschluß der Nasenatmung eines Patienten und zur Versorgung der Luftröhre (Trachea) über eine Trachealkanüle, mit einem an die Trachealkanüle anschließbaren, eine Speichermasse enthaltenden Sorptions-Regenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse (18) aus einem schlecht-wärmeleitenden Material besteht, welches mit einem hygroskopischen Material getränkt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse (18) aus feingewellter, lange dünne Kanäle bildender Asbestpappe besteht, welche mit Lithiumchlorid getränkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptions-Regenerator (11) mit einer sich im Querschnitt verjüngenden Anschlußhaube (13) versehen ist, deren Wandungs-Neigungswinkel zwischen 10 und 40° beträgt.

4. Vorrichtung nach ei.iem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände (12) des Sorptions-Regenerators aus schlechtwärmeleitendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, bestehen und vorzugsweise mit Heizelemen:.n versehen sind.

5. Vorrichtung nach e^;nem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Querschnittsfläche des Sorpti'-ns-Regenerators (11) zwischen etwa 5 und 12 cm² beträgt.