DE1034321B - Anordnung zur Messung und zeitgenauen Registrierung der Zusammensetzung menschlicherAusatmungsluft - Google Patents

Description

• Anordnung zur Messung und zeitgenauen Registrierung der Zusammensetzung menschlicher Ausatmungsluft Zur Messung und Registrierung der Kohlendioxydkonzentration bzw. Sauerstoffkonzentration in der menschlichen Ausatmungsluft eignen sich grundsätzlich alle auf C02 bzw. 02 ansprechenden Gasanalysegeräte. Eine wichtige Bedingung für eine zeitlich genaue Registrierung des Konzentrationsverlaufes an Kohlendioxyd oder Sauerstoff während der einzelnen Ausatm.ungsphasen ist eine möglichst trägheitslose Anzeige des verwendeten Gerätes. Besonders geeignet für den angegebenen Zweck sind Geräte, die auf der Messung der Wärmeleitfähigkeit bzw. den magnetischen Eigenschaften des zu analysierenden Gases beruhen, sowie Geräte, die nach dem Prinzip der Absorption von Infrarotstrahlung arbeiten.
• Zur Registrierung der Zusammensetzung der menschlichen Ausatmungsluft innerhalb der einzelnen Atmungsphasen lassen sich solche Gasanalyse:geräte auf zwei Arten benutzen. Das Meßgerät kann an die Atmungswege der Versuchsperson direkt angeschlossen werden, derart, daß die ganze Atmungsluft durch die Meßkammer strömt. Dann muß aber die Meßkammer des Analysegerätes sehr groß ausgeführt werden, um eine Behinderung der Atmung der Versuchsperson zu vermeiden. Dies ist mit Rücksicht auf andere Forderungen. bei den eingangs angegebenen Analyseverfahren oft schwierig und hat den Nachteil, daß sich, besonders am Beginn der Ausatm.ungsphase, innerhalb der Kammer Frischluft und Ausatmungsluft vermischen. Zur Füllung einer großen. Analysekammer ist eine verhältnismäßig lange Zeit nötig. Dies macht sich als Fehler bemerkbar, so daß eine zeitgetreue bzw. trägheitslose Registrierung der Ateingaszusaminen.setzung auf diese Art nicht möglich ist. Außerdem gelangen die letzten Kubikzentimeter der Ausatmungsluft überhaupt nicht in die Kammer, da. sie- in den zwangläufig relativ weiten Zuführungsleitungen zurückbleiben.
• Um die Behinderung der Atmung der Versuchsperson bei Verwendung eines Gasanalysegerätes mit einer kleinen Analysekam.iner zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, aus,der Ausatmungs.luft der Versuchsperson im Nebenstrom eine kleine Menge abzuzweigen und durch die Meßkammer des Analysegerätes zu leiten. Zu diesem Zweck wird an die Atmungswege der Versuchsperson: ein verhältnismäßig weiter Rohrstutzen angeschlossen, der mit einer seitlichen Anzapfung versehen ist. An diese Anzapfung ist das Gasanalysegerät angeschlossen. Eine Pumpe saugt einen Teil der Atmungsluft aus dem Hauptstrom durch die Anzapfung und durch die 1leßkammer. Dadurch wird erreicht, daß die Versuchsperson. völlig frei und ungehindert atmen kann. Eine genaue und zeitlich richtige Analyse der Atmungsluft ist aber auch durch diese Maßnahme nicht zu erreichen, da sich auch hierbei die ausgeatmete Luft mit Frischluft mischen: kann. Insbesondere, wird in der letzten Phase der Ausatmung, in der die Strömung im Hauptstrom bereits sehr langsam ist, durch die Pumpe vom offenen Ende des Rohrstutzens her Frischluft angesaugt, die das Meßergebnis verfälscht.
• Es wurde bereits die grundsätzliche Möglichkeit angedeutet, aus der Ausatmungsluft der Versuchsperson über einen besonderen Verteilei-mechanismus ohne Zuhilfenahme einer Pumpe eine kleine Menge abzuzweigen und dem Analysegerät zuzuführen. Auch bei derartigen Anordnungen ergeben sich Schwierigkeiten .der geschilderten Art.
• Es ist auch ein Gerät zur Bestimmung der Alveolarluftzusammen.setzung bekanntgeworden, bei welchem in die Atmungswege der Versuchsperson eine Trachealkanüle eingeschoben wird. Die Trachealkaniile mündet in einen Stutzen mit zwei durch Rückschlagventile abgeschlossenen Öffnungen für die Einatmungsluft und die Ausatniungsluft. Aus dem Inneren der Trachealkanüle wird über eine Pumpe Alveolarluft angesaugt und dem Analysegerät zugeführt. Die Anwendung eines derartigen, Gerätes für die Messung und zeitgenaue Registrierung der Atemluftzusammensetzung würde ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile mit sich bringen.
• Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und gestattet eine genaue trägheitslose Registrierung der Atemluftzusammensetzung ohne Behinderung der @tinung der Versuchsperson. Sie geht aus von. einer Anordnung zur Messung und zeitgenauen Registrie-"ung der Zusammensetzung menschlicher Aus-;itmungsluft innerhalb der einzelnen Atmungsphasen, bei welcher ein Gasanalysegerät mit kleiner Meßka.mmer über einen Ventilstutzen im Nebenschluß an die Atmungswege der Versuchsperson angeschlossen ist. Nach dem Vorschlag der Erfindung enthält der Ventilstutzen neben einer mit dem Mundstück verbundenen Anschlußleitung für das Gasanalysegerät und einem Rückschlagventil für die Einatmungsöffnung ein. Rückschlagventil mit einstellbarer Andrückfeder für die Ausatmungsöffnung.
• Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Sie zeigt als Beispiel die Anwendung der Erfindung bei einem nach dem Prinzip der Absorption infraroter Strahlen arbeitenden Gasanalysegerät zur Messung des CO.,-Gehaltes mit nachgeschaltetem Verstärker und Schnellschreiber. Das Analvsegerät selbst besteht aus zwei Infrarotstrahlungsqellen 1 und 2, die je einen gebündelten Strahl auf zwei Empfängerkammern 3 und 4 werfen. Die beiden Empfängerkammern sind durch Kanäle 5 und 6 mit einem Membranm-anometer 7 verbunden. Die Membran 8 dieses Manometers bildet mit einer Elektrodenplatte, 9 einen Kondensator, dessen Kapazität von der Durchbiegung der Membran und damit von der Differenz zwischen dem in den Kammern. 3 und 4 herrschenden Druck abhängt. Eine durch einen Motor 10 angetriebene Blendenscheibe 11 moduliert die beiden gebündelten Strahlen. In den Strahlengang zwischen den Strahlungsquellen 1 und 2 und den Empfängerkammern 3 und 4 ist je eine gasgefüllte Küvette eingeschaltet. Eine davon, die Meßkammer 12, wird von dem Meßgas durchströmt, die andere, 13, enthält eine Vergleichsgasfüllung. Die Empfängerkammern 3 und 4 sind mit demjenigen Gas gefüllt, dessen Gehalt i=n Meßgas bestimmt werden soll, also z. B. mit C O@. Sie absorbieren dadurch in erster Linie nur die einfallende Strahlung auf dem Wellenlängenbereich der Absorptionsbanden des CO.,. Zur Messung ausgenutzt wird die Erwärmung der Gasfüllung der Empfangskammern. Enthält das Meßgas CO", so, wird je nach seiner Konzentration ein Teil der Strahlung aus dem für dieses Gas charakteristischen Wellenlängenbereich absorbiert. Die beiden Füllungen der Empfängerkammern 3 und 4 werden jeweils verschieden stark erwärmt, und die Kapazität des Membrankondensators ändert sich entsprechend dem Gasdruck in den Empfängerkammern im Rhythmus der Modulation der Strahlung. Die Ausgangsgröße am Membrankondensator ist somit von der Strahlungsabsorption im Absorptionsbereich des CO, und damit vom dem CO.-Gehalt in dem Meßgas abhängig. Ein Verstärker 23 verstärkt die Ausgangsgröße des Membrankondensato.rs, welche durch ein Schnellschreibegerät 24, vorzugsweise ein photoelektrisches Registriergerät, aufgezeichnet wird. Die Meßkammer 12 und die Vergleichskammer 13 werden sehr klein ausgeführt, um den Meßv erzug möglichst gering zu halten. Damit die Atmung der Versuchsperson nicht behindert wird, wird lediglich ein Teil der Atmungsluft im Neben--#trom durch die Meßkammer geführt. Um Mischeffekte zu vermeiden, ist ein Rohrstutzen 15 mit zwei Rückschlagventilen vorgesehen. Er besteht aus einem Gehäuse mit einer Anschlußleitung 16 für die Atmungswege der Versuchsperson sowie Öffnungen für die Einatrnungsluft 17 und für die Ausatmungsluft 18. Die Zuführungsöffnung für die Einatmungs-,-ift 17 bzw. die Ableitung für die Ausatmungsluft 18 sind durch Rückschlagventile 19, 20 abgesperrt, welche die Luft in einer Richtung durchlassen und in der Gegenrichtung sperren. Mit dem Gehäuse 15 ist zwischen den beiden Rückschlagventilen eine Leitung 21 verbunden, die die Ausatmungsluft zur Meßkammer 12 des Infrarotabsarptions-Gasanalysegerätes leitet. Diese durchströmt die Meßkammer 12 und wird durch eine Leitung 22 ins Freie abgeleitet. Die Feder für das Rückschlagventil 20 für die Ausatmungsöffnung'" 18 ist durch eine Rän.delschraube 14 verstellba.r, so daß das Verhältnis zwischen dein Hauptstrom der Ausatmungsluft durch die: Öffnung 18 und dem Nel>mstrom durch das Rohr 21 und die Meßkammer 12 geregelt werden kann. Atmet die Versuchsperson durch die, Leitung 16 aus, so wird das Rückschlagventil 20 angehoben. Der größte Teil der Ausatmungsluft verläßt das Ventilgehäuse durch die Öffnung 18. Ein Teil, dessen Größe durch die Rändelschraube 14 eingestellt werden kann, wird durch die Meßkammer des Gasanalysegerätes gedrückt. Bei der Einatmung der Versuchsperson hebt sich das Rückschlagventil 19 von seinen Sitz und gestattet der Frischluft über die Leitungen 17 und 16 dien Zutritt zu den Atmungswegen der Versuchsperson. Der geringe dazu nötige Unterdruck reicht aus, um die von der letzten Ausatmung her noch in der Meßkammer 12 befindliche Ausatmungsluft zurückzusaugen und die Kammer mit Frischluft zu füllen, so daß die Anzeige des Registriergerätes während der Einatmungsperiod'e auf Null zurückgeht.
• Der gezeigte Rohrstutzen 15 mit den Rückschla;gventilen kann natürlich auch in Verbindung mit anderen Gasanalysegeräten, z. B. mit solchen, die auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeitsinessung bzw. auf der Messung der paramagnetischen Eigenschaften beruhen, Verwendung finden. Auch für solche Gasan.alvsegeräte: zur Bestimmung von CO2 oder 02 in der Ausatmungsluft ist eine: möglichst trägheitslose Messung zu fordern, was wieder sehr kleine Meßkammern voraussetzt. Da diese ebenfalls zur Verineidung einer Behinderung der Versuchsperson im Nebenschluß an die Atmungswege angeschlossen werden müssen, ist auch. hier die Verwendung eines Mundstückes mit Rückschlagg-entilen nach der Erfindung Voraussetzung für die Erzielung einwandfreier Meßergebnisse.
• Durch die Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, den genauen zeitlichen Verlauf der Zusammensetzung des menschlichen Atemgases fast trägheitslos zu registrieren. Eine Behinderung der Atmung der Versuchsperson wird dadurch ebenso erfolgreich vermieden.

Claims (1)

1. PATEN TANSPRUCII: Anordnung zur Messung und zeitgenauen Registrierung der Zusammensetzung menschlicher Ausatmungsluft innerhalb der einzelnen Atmungsphasen, bei welcher ein Gasanalysegerät mit kleiner i\lleßkainmer über einen Ventilstutzen im Nebenschluß an die Atmungswege der Versuchsperson angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstutzen =neben einer mit dem Mundstück verbundenen Anschlußleitung für das Gasanalyseg.erät und einem Rückschlagventil für die Einatmungsöffnung ein Rückschlagventil mit einstellbarer Feder für die Ausatmungsöffnung enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Pflügers Archiv, Bd. 263, S. 1 bis 22; Bd. 243, S. 126 bis 132.