DE2923989A1

DE2923989A1 - Kuenstliche lunge

Info

Publication number: DE2923989A1
Application number: DE19792923989
Authority: DE
Inventors: Motoji Kurata
Original assignee: JAPAN MEDICAL SUPPLY CO; JMS Co Ltd
Current assignee: JAPAN MEDICAL SUPPLY CO; JMS Co Ltd
Priority date: 1978-06-13
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1980-01-03
Also published as: US4231988A; JPS5741951B2; JPS54161797A; DE2923989C2

Description

- 4 BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine künstliche Lunge gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf eine Vorrichtung zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Sauerstoff, wie sie etwa bei Lungenoperationen verwendet wird.

Bisher sind derartige Vorrichtungen in verschiedenen Ausführungsformen verwendet worden, die unterteilt werden können in Ausführungsformen des Scheiben-Typs, Membran-Typs , Blatt-Typs und Hartschalen-Typs. Bei künstlichen Lungen der mit Blatt-Typ oder Hartschalen-Typ bezeichneten Ausführung wird auf der Grundlage einer Blasen-Bildung gearbeitet. Diese Technik ist in weitem Umfang verwendet worden. Herkömmliche künstliche Lungen mit Blasen-Bildung haben den Nachteil, daß sie nicht zu einer ausreichenden Sauerstoff-Anreicherung führen, und daß bei der Zirkulation des Blutes außerhalb des Körpers mit hohen Strömungsdurchsätzen die Sauerstoffmenge mit dem Blutdurchsatz wesentlich gegenüber der Sauerstoffmenge bei niedrigen Blutdurchsätzen steigt, so daß die Wirksamkeit der Sauerstoff-Anreicherung erheblich abnimmt. Im übrigen haben Vorrichtungen der genannten Art den Nachteil, daß ein geeigneten Verhältnis bei der Mischung von Blut und Sauerstoff nicht eingehalten werden kann und bei einer Überschreitung des geeigneten Mischungsverhältnisses hämolytische Probleme auftreten.

Die Erfindung ist daher auf die Schaffung einer künstlichen Lunge gerichtet, die eine genaue Steuerung des Mischungsvorganges gestattet.

Insbesondere sollen die Drücke des O₂ und CO₂ steuerbar

sein. Das Verhältnis zwischen der Sauerstoffmenge und der Luftmenge soll bei hohen und niedrigen Strömungsdurchsätzen

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des Blutes in jedem Falle konstant gehalten werden können.

Die Wirksamkeit der Sauerstoffaufηahme durch das Blut soll durch bessere Verteilung und durch Mischung verbessert werden.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des HauptanSpruchs.

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Entsprechend einer Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße künstliche Lunge einen rohrförmigen Blutbehälter mit oberen und unteren Wänden, ein erstes Sauerstoff-Rohr koaxial innerhalb des Blutbehälters, das in Abstand zu der oberen Wand des Blutbehälters endet, ein zweites Sauerstoff-Rohr koaxial innerhalb des Behälters, das das erste Sauerstoff-Rohr konzentrisch umgibt und an der oberen Wand des Behälters befestigt ist, während es zu der unteren Wand einen Abstand aufweist, ein drittes Sauerstoff-Rohr koaxial innerhalb des Blutbehälters, das das zweite Sauerstoff-Rohr konzentrisch umgibt und an der unteren Wand des Behälters befestigt ist, während es zu dessen oberer Wand einen Abstand aufweist, eine erste Sauerstoffkaitraier unterhalb des ersten Sauerstoff-Rohres, eine diese umgebende und mit dem unteren Ende des ersten Sauerstoff-Rohres verbundene Zwischenwand, eine diese umgebende, mit dem Boden des Blutbehälters in Verbindung stehende, eine zweite Sauerstoffkammer bildende äußere Wand, einen Einlaß für Blut in Verbindung mit dem Inneren des ersten Sauerstoff-Rohres, einen Auslaß für Blut in Verbindung mit dem Inneren des Blutbehälters und einen Einlaß für Sauerstoff in Verbindung mit den ersten und zweiten Sauerstoffkammern. Auf diese Weise kann Sauerstoff in das Blut über die erste und zweite Sauerstoffkammer eingeblasen werden, während sich das Blut durch die Sauerstoff-Rohres bewegt.

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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbei-spiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen künstlichen Lunge;

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ansicht

von unten;
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Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die

künstliche Lunge.

In Fig. 3 ist mit 23 ein rohrförmiger Blutbehälter bezeichnet, in dem koaxial ein erstes Rohr 9, ein zweites Rohr 11 und ein drittes Rohr 15, die zur Anreicherung mit Sauerstoff dienen, sowie ein Rohr 26 zur Ausschaltung einer Blasenbildung vorgesehen sind.

Der untere Teil des dritten Rohres 15 ist in ein Bodenteil 23a des Blutbehälters 23 eingesetzt.

Im unteren Teil des erwähnten ersten Rohres 9 sind eine erste Mischkammer 2 und eine Sauerstoffkammer 4 einer ersten Einheit A zum Einblasen von Sauerstoff ausgebildet. Ein Sauerstoffeinlaß 8 ist mit der Sauerstoffkammer 4 verbunden, und die Sauerstoffkammer 4 weist eine Einblasplatte 7 für Sauerstoff im oberen Bereich auf, die eine Anzahl von ersten öffnungen 7' aufweist, die in die erste Mischkammer 2 münden. Weiterhin befindet sich unterhalb des ersten Rohres 9 ein Einlaß 5 für venöses Blut. Dieser Einlaß 5 für venöses Blut und die Sauerstoff-Öffnungen T stehen mit dem Rohr 9 in Verbindung. Zwischen dem unteren Teil des ersten Rohres 9 und dem Eodenteil 23a befindet sich eine zweite Einblasplatte 13 für Sauerstoff, die einer zweiten Sauerstoff-Einheit B zugeordnet ist. Die zweite Einblasplatte 13 weist entsprechende Sauerstoff-

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Öffnungen 13' auf. Eine zweite Sauerstoffkammer 34 befindet sich unterhalb der zweiten Einblasplatte 13 und steht über eine öffnung 35 mit dem Sauerstoffeinlaß 8 in Verbindung. Innerhalb des ersten Rohres 9 befindet sich eine erste Bahn 37 für Blut. Eine zweite Bahn 27 liegt zwischen dem ersten Rohr 9 und dem zweiten Rohr 11, und eine dritte Bahn 28 liegt zwischen dem zweiten Rohr 11 und dem dritten Rohr 15. Eine vierte Bahn 25 wird innerhalb des Blutbehälters 23 gebildet, und ein Führungsrohr 17 für mit Sauerstoff angereichertes Blut liegt zwischen dem dritten Rohr 15 und dem Rohr 26 zur Verhinderung von Blasenbildung. Eine erste Dämpfungskammer 10 befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem ersten Rohr 9 bzw. der ersten Bahn 37 und der zweiten Bahn 27. Im Übergangsbereich der Bahnen 27 und 28 ist eine zweite Mischkammer 12 vorgesehen. Eine zweite Dämpfungskammer 16 liegt im oberen Bereich der dritten Bahn 28.

Das Rohr 26 zur Unterdrückung einer Blasenbildung weist eine Anzahl von Auslässen 18 für Blut in seiner Wandfläche auf und trägt auf seiner äußeren Oberfläche eine vernetzte Polyester-Bespannung. Innerhalb des Rohres 26 befindet sich ein geschäumter Urethan-Einsatz 19.

Mit dem unteren Ende des Rohres 26 ist eine kegelförmige, feststehende Scheibe 40 verbunden, deren unteres Ende mit dem Bodenteil 23a des Blutbehälters 23 in Verbindung steht. Die Scheibe 40 weist eine Anzahl von öffnungen 38 auf, die in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet sind.

Eine Blutkammer 39 befindet sich im unteren Bereich des Blutbehälters 23 und weist einen Auslaß 36 für arterielles Blut auf.
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Die Bezugsziffern 20 und 21 beziehen sich auf Auslässe, und mit 41 ist ein Gasauslaß bezeichnet.

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- 8 Die zuvor beschriebene künstliche Lunge arbeitet wie folgt.

Das mit 1 bezeichnete venöse Blut aus dem Inneren eines menschlichen Körpers fließt durch den Einlaß 5 und bewegt sich gleichmäßig aufwärts entlang einer zylindrischen, das Blut verteilenden Wand 6. Das aufsteigende venöse Blut

I wird mit gasförmigem Sauerstoff gemischt, der durch die öffnungen 7' der ersten Einblasplatte 7 innerhalb der ersten Mischkammer 2 austritt, die sich im unteren Bereich des ersten Rohres 9 befindet, und das Blut bewegt sich sodann innerhalb des Rohres 9 aufwärts. Das bereits mit Sauerstoff vermischte Blut tritt in das zweite Rohr

II über die erste Dämpfungskammer 10 ein. Die Dämpfungskammer 10 dient dazu, die Strömungsrichtung des Blutes um 180° umzulenken und das Blut vorübergehend in einem vorgegebenen Bereich aufzunehmen. Wenn das Blut in das zweite Rohr 11 einströmt, ergibt sich eine Verteilung des Blutes. Die Verteilung des bereits mit Sauerstoff angereicherten Blutes ist für den Gasaustausch sehr wesentlieh. Eine sehr gute Verteilung steigert die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts zwischen Hämoglobin in dem Blut und Sauerstoff. Das mit Sauerstoff angereicherte Blut steigt in dem zweiten Rohr 11 ab und wird weiter mit Sauerstoff vermischt, der durch die öffnungen 13" in der zweiten Einblasplatte 13 innerhalb der zweiten Mischkammer 12 eintritt. Dadurch wird erreicht, daß das Hämoglobin, das noch nicht mit Sauerstoff in Berührung gekommen ist, in Kontakt gelangt, so daß die Wirksamkeit der Sauerstoff-Anreicherung gesteigert wird.

Wenn die Gesamtmenge des eingeleiteten Sauerstoffs 1 bis 2 Liter beträgt, ist das Verhältnis der Sauerstoffmenge, die in der ersten Einheit A eintritt, zu derjenigen, die in der zweiten Einheit B zugeführt wird, etwa 6:4.

Wenn die Gesamtmenge des eingeleiteten Sauerstoffs 3 bis 4 Liter beträgt, liegt dieses Verhältnis bei 7:3.

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Wenn die Gesamtmenge des eingeleiteten Sauerstoffs 5 bis 6 Liter beträgt, liegt das genannte Verhältnis bei 7,5 : 2,5.

Wenn die Gesamtmenge des eingeleiteten Blutes über 6 Liter liegt, beträgt das genannte Verhältnis 8:2.

Im Betrieb kann das Verhältnis der durch die erste Einblaseinheit eingeleiteten Sauerstoffmenge zu der Sauer- stoffmenge der zweiten Einblaseinheit automatisch gesteuert werden durch Erhöhung oder Verringerung der Sauerstoff einleitung. Die automatische Steuerung erfolgt mit Hilfe der öffnung 35, die mit der zweiten Sauerstoffkammer 34 verbunden ist. Diese öffnung weist einen Durchmesser im Bereich von 0 _tA bis 1,0 mm auf. Wenn die Zufuhr von Sauerstoff oder die Sauerstoffanreicherung erfolgt, uitr venöses Blut in arterielles Blut umzuwandeln, und wenn die Gasaustauschfähigkeit hoch ist, kann der Grad der Sauerstoff-Anreicherung gesteuert werden durch Reduzierung -,der Gesamtmenge des eingeleiteten Sauerstoffs, üblicherweise kann eine angemessene Gasaustausch-Leistung erzielt werden, wann das Verhältnis des Strömungsdurchsatzes des Blutes zu der eingeleiteten Sauerstoffmenge bei 1:2 liegt. Wenn Anzeichen einer Peroxidation des Blutes be-Gbachtet werden, kann diese dadurch verhindert werden, _ daß die Menge des Sauerstoffs, die durch die zweite Einblasplatte 13 eingeleitet wird, verringert wird. Das Blut, das zum zweiten Mal in der zweiten Mischkammer 12 mit Sauerstoff vermischt worden ist, steigt in dem dritten Rohr 15 auf. In diesem Falle bewegen sich ebenso wie in dem zweiten Rohr 11 Luftblasen entlang den inneren Wänden des Rohres 15 aufwärts. Diese Luftblasen werden in Filme umgewandelt, so daß Blutschichten in den Abständen zwischen den Luftblasen entstehen können. Aus diesem Grunde sollte der Abstand zwischen dem zweiten Rohr 11 v.nd -dem dritten Rohr 15 vorzugsweise bei 2 bis 3 mm liegen. Bei geringerem Abstand erhöht sich die Strömungs-

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geschwindigkeit des Blutes, so daß es zu einer Zerstörung oder Auflösung der Blutkörperchen kommen kann. Das mit Sauerstoff angereicherte Blut, das innerhalb des dritten Rohres 15 aufgestiegen ist, tritt in die zweite Dämpfungskammer 16 ein, in der die Strömungsrichtung um 180° geändert wird. Anschließend wird das Blut durch das Rührungsrohr 17 in die Kammer 25 eingeleitet, in der Luftblasen entzogen werden. Innerhalb der Kammer 25 befindet sich ein Urethanschaum-Einsatz 19, dessen Oberfläche mit einem luftblasenentziehenden Mittel behandelt worden ist, durch das vorbeiströmende Luftblasen ausgeschaltet werden. Das von Luftblasen befreite Blut strömt anschließend durch die öffnungen 18 und 38 und die Polyester-Auskleidung, die die gesamte innere Oberfläche des Rohres 26 bedeckt, und wird anschließend in dem Blutbehälter 23 gespeichert. Die Polyester-Auskleidung dient als Filter zur Entnahme von Fremdkörpern mit einer Teilchengröße von über ΙΟΟμπι.

Im unteren Bereich des Blutbehälters 23 befindet sich die Blutkammer 39, in der etwa 300 ml Blut gespeichert sind.

Das in dem Blutbehälter 23 befindliche Blut strömt durch den Auslaß 36 als arterielles Blut aus.

Wenn das mit Sauerstoff angereicherte Blut durch die zweite Bahn 27 in die dritte Bahn 28 abgesunken ist, wird es zwangsweise in die dritte Bahn 28 gedrückt, und zwar teilweise aufgrund der Wirkung des durch die zweite Einblasplatte 13 in die dritte Bahn 28 eingeblasenen Sauerstoffs, so daß die Strömungsrichtung des Blutes wiederholt um 180° geändert werden kann und das Blut den Blutbehälter gleichmäßig durchströmt.

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Wie oben im einzelnen erwähnt wurde, umfaßt der erfindungsgemäße Blutbehälter eine erste Bahn 37, in die ve-

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nöses Blut eingeleitet wird, eine erste Einblaseinheit "A" im unteren Bereich der Bahn 37 zur Einleitung von Sauerstoff in das venöse Blut, eine zweite Bahn 27 in Verbindung mit dem oberen Bereich der ersten Bahn 37, eine dritte Bahn 28 in Verbindung mit dem unteren Bereich der zweiten Bahn 27, eine zweite Einblaseinheit "B" im unteren Bereich der dritten Bahn 28 zum Einblasen von Sauerstoff in das Blut, eine vierte Bahn 25 in Verbindung mit dem oberen Bereich der dritten Bahn 28 mit einem Auslaß für arterielles Blut im unteren Bereich, eine zweite Sauerstoff kammer 34 in Verbindung mit der zweiten Einblaseinheit "B" und eine öffnung 35, die die Einlaßseite der ersten Einblaseinheit "A" mit der zweiten Sauerstoffkammer 34 verbindet. Die Wirksamkeit der Sauerstoffanreicherung kann daher gesteuert werden durch Einrichtung der zweiten Einblaseinheit "B" und durch Steuerung der Änderungen der Sauerstoffmengen, die durch die zweite Einblaseinheit "B" eingeblasen werden. Im übrigen kann ein angemessenes Verhältnis zwischen dem Strömungsdurchsatz des Blutes und der eingeleiteten Sauerstoffmenge erreicht werden, ohne daß das Verhältnis bei hohen und niedrigen Blutdurchsätzen unterschiedlich ist. Das Verhältnis des Blutdurchsatzes zu dem zugeführten Sauerstoff kann konstant gehalten werden, ohne daß es notwendig ist, das Verhältnis zu ändern, und die Hämolyse kann reduziert werden. Die Verwendung der zweiten und dritten Bahn ermöglicht eine wirksame Anreicherung mit Sauerstoff. Wenn das Blut von der ersten Bahn in die zweite Bahn strömt, wird die Strömungsrichtung um 180° geändert. Das gleiche geschieht zwi- sehen der zweiten und dritten Bahn, so daß das Blut gut verteilt und mit Sauerstoff in Berührung gebracht wird. Die zweite Einblaseinheit "B" im unteren Bereich der dritten Bahn verhindert die mögliche Entstehung von störenden Turbulenzen und Zerstörungen der Blutkörperchen.

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Im übrigen ermöglicht es die zweite Einblaseinheit "B", den Druck von C>2 und CO^ zu steuern. Dies war bisher

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schwierig. Die Menge des in die künstliche Lunge einzuleitenden Blutes kann reduziert werden und das Verhältnis des Strömungsdurchsatzes des Blutes zu der eingeleiteten Sauerstoffmenge kann bei hohen und niedrigen Blutdurchsätzen konstant gehalten werden. Wenn das Blut überoxidiert wird, kann der Druck des Sauerstoffs derart gesteuert werden, daß die in der zweiten Einblaseinheit "B" eingeleitete Sauerstoffmenge verringert wird. Wenn der Strömungsdurchsatz des Blutes gering ist, beträgt das Verhältnis der in der ersten Einblaseinheit zugeführten Sauerstoffmenge zu derjenigen der zweiten Einblaseinheit 6:4, während bei einem maximalen Blutdurchsatz von etwa 6 Litern das Verhältnis 8 : 2 beträgt. Mit anderen Worten, wenn das Blut mit dem Sauerstoff über eine längere Zeit in Berührung gehalten wird, kann die zugeführte Sauerstoff menge verringert werden, und wenn die Berührungszeit kurz ist, muß die Sauerstoffmenge erhöht werden, wenn eine angemessene Sauerstoffanreicherung erreicht werden soll. Zu diesem Zweck wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Sauerstoffmenge, die mit dem Blut in Berührung gebracht wird, zu reduzieren und damit den Einfluß des Sauerstoffs auf das Blut zu verringern. Wenn das Gemisch aus Blut und Sauerstoff aus dem ersten Rohr in das zweite Rohr eintritt, haben Luftblasen in dem Gemisch die Tendenz, aufgrund ihrer Schwimmfähigkeit aufzusteigen und eine gewisse Turbulenz in der Strömung des Gemisches zu erzeugen, durch die Blut und Sauerstoff wirksam in Berührung gebracht werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen künstlichen Lungen kann bei der erfindungsgemäßen künstlichen Lunge durch Änderungen der zugeführten Sauerstoffmenge entsprechend einer Änderung des Blutdurchsatzes die in den Einblaseinheiten "A" und "B" zugeführte Sauerstoffmenge automatisch geregelt werden. Durch eine Änderung der Strömungsrichtung des Gemisches aus Blut und Sauerstoff um jeweils 180° ergeben sich schwimmfähige Luftblasen, die sich in entgegengesetzte

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Richtung zu der Strömungsrichtung des Blutes bewegt, so daß der Berührungsberexch zwischen Blut und Sauerstoff erheblich erhöht wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE 2923983 TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld Triftstraße 4 Siekerwall 7 FP 78-82-Ger. JAPAN MEDICAL SUPPLY CO., LTD. 12-17, Kakomachi, Hiroshima-shi, Hiroshima-ken, JAPAN KÜNSTLICHE LUNGE PRIORITÄT: 13. Juni 1978, Japan, No. 70,328/78 PATENTANSPRÜCHE

1.) Künstliche Lunge, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen rohrförmigen, senkrechten, oben und unten geschlossenen Blutbehälter (23) , ein erstes Sauerstoff-Rohr (9) koaxial innerhalb des Blutbehälters, das in Abstand zu der oberen Wand des Blutbehälters endet, ein zweites Sauerstoff-Rohr (11) koaxial innerhalb des Blutbehälters (23), das das erste Sauerstoff-Rohr konzentrisch umgibt und an der oberen Wand des Blutbehälters befestigt ist und von dessen unterer Wand einen Abstand aufweist, ein

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drittes Sauerstoff-Rohr (15) koaxial innerhalb des Blutbehälters (23), das das zweite Sauerstoff-Rohr konzentrisch umgibt, an der unteren Wand des Blutbehälters befestigt ist und einen Abstand zu dessen oberer Wand aufweist, eine erste Sauerstoffkammer (4) unterhalb des ersten Sauerstoff-Rohres (9) , die durch eine mit dem unteren Ende des Rohres (9) verbundene Zwischenwand umgeben ist, eine zweite Sauerstoffkammer (34) zwischen dieser Zwischenwand und einer äußeren, mit dem unteren Endbereich des Blutbehälters (23) fest verbundenen Wand, einem Bluteinlaß (5) in Verbindung mit dem Inneren des ersten Sauerstoff-Rohres (9) , einem Auslaß (36) für Blut in Verbindung mit dem Inneren des Blutbehälters (23) und einem Einlaß (8) für Sauerstoff in Verbindung mit der ersten und zweiten Sauerstoffkammer (4,34).

2. Künstliche Lunge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohr (26) zum Entziehen von Luftblasen, das koaxial innerhalb des Blutbehälters (23) liegt und das dritte Sauerstoff-Rohr (15) konzentrisch umgibt, und eine Entschäumungs-Einrichtung (19) zwischen dem dritten Sauerstoff-Rohr (15) und dem Rohr (26).

3. Künstliche Lunge nach Anspruch 2, dadurch g e k e η nzeichnet, daß das Rohr (26) zum Entziehen von Luftblasen eine Anzahl von Öffnungen (18) in der Umfangswand aufweist, und daß auf der Außenfläche des Rohres (26) ein poröser Überzug (29) vorgesehen ist.

4. Künstliche Lunge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sauerstoffkammer (34) mit dem Sauerstoffeinlaß (8) über eine Öffnung (35) verbunden ist.

5. Künstliche Lunge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die zweite Sauerstoffkammer (34) eingeleitete Sauer-

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stoff mit dem unteren Bereich zwischen dem ersten und dritten Sauerstoff-Rohr (9,15) verbunden ist.

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