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Vorrichtung zur Bestimmung des Gasstoffwechsels (Respirationsapparat)
Zur Feststellung des Energieverbrauches bei körperlichen Leistungen oder zur Diagnose
der Atmungsfunktionen einer Versuchsperson werden Apparate benutzt, die die Messung
des von der Versuchsperson eingeatmeten Sauerstoffs und der von ihr ausgeatmeten
Kohlensäure- ermöglichen. Eine sehr viel verwendete Konstruktion eines solchen Apparates
ist von F. G. B e n e d i c t angegeben worden. Bei diesem Apparat werden flüssige
Absorptionsmittel für die Kohlensäure benutzt, die der Atmung der Versuchsperson
so hohe Widerstände entgegensetzen, daß man zur Überwindung derselben motorisch
angetriebene Pumpen benutzen muß.
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Die Feststellung der ausgeschiedenen Kohlensäure war dabei auch besonders
schwierig, da infolge der Verwendung flüssiger Absorptionsmittel ein besonderes
Gefäß für Nachtrocknung benutzt wurde. Es war dann notwendig, das gesamte aus Kohlensäurebindungs-
und Nachtrocknungsgefäß bestehende Aggregat aus den Verbindungen rnit den anderen.
Apparaten zu lösen und auf eine räumlich davon getrennte Waage zubringen, was die
Handhabung des Apparates erschwerte. Außerdem war diese Einrichtung infolge der
notwendig werdenden Pumpe und deren Antrieb sehr kostspielig, so daß sie nur von
größeren Kliniken oder Laboratorien benutzt werden konnte, während gerade für die
Verwendung für diagnostische Zwecke die Benutzung solcher Apparate durch möglichst
viele Ärzte erwünscht ist. Man hat nun, um die Apparate billiger zu gestalten, auch
solche Respirationsapparate mit geschlossenem Zirkulationssystein gebaut, die auf
die Bestimmung der Kohlensäure verzichten und nur den Sauerstoffverbrauch feststellen.
Diese Apparate geben aber nur ein unvollständiges Bild der Vorgänge und machen es
insbesondere unmöglich, den sogenannten respiratorischen Quotienten, d, h. das Verhältnis
der ausgeschiedenen Kohlensäure zum aufgenommenen Sauerstoff zu bestimmen, der für
die Untersuchungen sehr wichtig ist.
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Ein Apparat, der Sauerstoff und Kohlensäure gleichzeitig bestimmt
und der ohne motorisch angetriebene Pumpe arbeitet, ist von L i e b e s n y beschrieben
worden. Die ausgeschiedene Kohlensäure wurde hier mit trockenen Absorptionsmitteln
gebunden, die in einem ständig an der Waage aufgehängten Behälter sich befindet.
Die Wägeempfindlichkeit wird dabei eingeschränkt durch die Größe dieses Behälters.
Eine Bindung des bei der Kohlensäurebindung im Absorptionsmittel entstehenden und
entweichenden Wassers wird dabei nicht vorgenommen, da der Apparat keine Nachtrocknungsanlage
besitzt. Dieses Wasser fälscht also das Wägeergebnis und damit das Resultat der
Kohlensäurebestimmung.
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Die Erfindung beseitigt die geschilderten Nachteile der Apparate von
B e n e d i c t und L i e b e s n v dadurch, daß Kohlensäureabsorption und Nachtrocknung
in einem und
demselben an der Waage aufgehängten Behälter durch
trockene Chemikalien erfolgt, Wie beim Benedict-Apparat werden Sauerstoffverbrauch-und
Kohlensäureausscheidung in einem geschlossenen Kreislaufsystem bestimmt; wie bei
L i e b e s n y dienen trockene Chemikalien zur Kohlensäureabsorption. In Verbesserung
der genannten Apparate sind jedoch Kohlensäure und Wasser absorbierende Chemikalien
so in einem einzigen Gefäß angeordnet, daß dessen Gesamtgewicht einerseits die Wägeempfindlichkeit
nicht unter die erforderliche Grenze herabsetzt, daß andererseits der Atmungswiderstand
dieser Anordnung die Versuchsperson nicht beeinflußt. Die Luft im System wird ohne
Motorisch angetriebene Pumpe durch die Atmung selbst in. Umlauf gehalten. Für diese
Luftzirkulation sind gemäß einer weiteren Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes
die Atmungsventile und der Dreiweghahn zum An- und Abschalten der Versuchsperson
mit dem Atmungsmundstück zwecks äußerster Verringerung des schädlichen Raumes in
einem einzigen, gemeinsamen Körper untergebracht. In diesem wird auch vorzugsweise
eine Einrichtung angeordnet, die nach Abschalten der Versuchsperson eine Fortsetzung
der Luftzirkulation ermöglicht.
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Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
zwar in Abb. i eine schematische Darstellung der gesamten Anlage, Abb.2 im waagerechten
Schnitt den gemeinsamen Körper für die Atmungsventile, den Dreiweghahn und das 1VIundstück,
Abb.3 einen senkrechten Schnitt durch das Trocknungsgefäß und das Kohlensäureabsorptionsgefäß
mit dem darin befindlichen Nachtrocknungsapparat.
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Abb. q. zeigt schaubildlich die Gesamtanordnung des Apparates.
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Wie insbesondere die Abb. i und 2 erkennen lassen, besteht die Einrichtung
aus dem eigentlichen Atmungsapparat A, der Trocknungsanlage B, dem Kohlensäureabsorptionsgefäß
C mit der darin befindlichen Nachtrocknunggsanlage, der-Druckausgleichvorrichtung
D, der Gasuhr E mit der Sauerstoffbombe F und dem Druckanzeiger G.
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Der eigentliche Atmungsapparat A, der im Schnitt in Abb.2 ersichtlich
ist, besteht aus einem möglichst klein gehaltenen Gehäuse i, welches sich nach beiden
Seiten kegelförmig ausdehnt, um die Atmungsventile aufzunehmen.
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Einatmungsventil und Ausatmungsventil sind völlig gleich, so daß die
gleichen Bezugszeichen gewählt sind, die beim Einatmungsventil ohne Index, beim
Ausatmungsventil mit Index versehen sind. Das Einatmungsventil 2 besteht aus einer
im Gehäuse befestigten runden Metallscheibe 4. mit mehreren Öffnungen 3, gegen die
sich eine auf der Metallscheibe q., beispielsweise durch Vernieten, befestigte Scheibe
5 aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Stoff legen kann. Diese Gummiplatte
5 läßt bei einer Zirkulation im Sinne der Pfeile die Luft durch die Löcher 3, 3@
hindurchtreten, während sie bei einer Strömung in entgegengesetztem Sinne die Ventile
abschließt. .
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Die Metallplatte 4. ist mittels der Dichtung 6 gegen den sich trichterförmig
verjüngenden Anschlußstutzen 7 abgedichtet, der gegen die Platte 4 und das Gehäuse
i durch die Überwurfmutter 8 festgehalten wird. Innen am Gehäuse i ist in der einen
Richtung ein Stutzen 9 angeschlossen, auf dem ein Gummiball io befestigt ist. An
der anderen Seite des Gehäuses ist ein Stutzen für den Dreiweghahn i i angeschlossen.
Das Dreiweghahngehäuse hat eine Verbindung 12 nach dem Gehäuse i zu, ferner eine
Öffnung i3, die ins Freie führt, und einen Verbindungsstutzen 14., an welchen mittels
Überwurfmutter 15 und Dichtung 16 das eigentliche Mundstück 17 angeschlossen ist,
das von der Versuchsperson in den Mund genommen wird. Es ist. ohne weiteres ersichtlich,
daß in der gezeichneten Stellung der Dreiweghahn den Stutzen 1¢ mit der Leitung
12 verbindet, so daß die Versuchsperson in den Apparat ein- und ausatmen kann. Wird'
der Dreiweghahn gegen den Sinn des Uhrzeigers um go' gedreht, so wird der Stutzen
14 mit der Öffnung 13 verbunden, so daß das Mundstück mit der äußeren Luft
in Verbindung steht, während der eigentliche Apparat von beiden abgeschaltet und
in sich geschlossen ist.
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An den Atmungsapparat A ist in der Richtung der Pfeile durch ein Rohr
oder einen Schlauch 49 das Trocknungsgefäß B angeschlossen, das aus Abb. 3 ersichtlich
ist. Dies besteht aus dem eigentlichen Gehäuse 18 mit einem nahe seinem Boden angebrachten
Vorsprung 2q., auf welchen mehrere aufeinandergestellte Siebe 22 sich stützen. Auf
diese Siebe wird ein chemischer Stoff aufgebracht, der der durchtretendenLuft die
Feuchtigkeit entzieht, wie z. B. Chlorcalcium. Das Gehäuse 18 wird unter Zwischenfügung
eines Dichtungsrings i8' durch den Deckel ig abgeschlossen, der mittels eines Bügels
2o und einer mit EIandgriff versehenen Stellschraube 21 fest gegen das Gehäuse gepreßt
werden kann. Im Deckel i9 befindet sich auch ein Stutzen 23, durch den die Luft
eintritt, die durch den an den Boden des Gefäßes sich anschließenden Stutzen 25
getrocknet wieder austritt.
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Der Stutzen 25 ist mittels des Schlauchs
26 mit dem
Stutzen 27 des Kohlensäureabsorptionsgefäßes C verbunden. Letzteres besteht ebenfalls
aus einem Gehäuse 28 mit einem Vorsprung 29, auf dem ein Sieb 3o ruht, auf welches
ein die Kohlensäure absorbierendes Mittel 31, z. B. Natronkalk, aufgebracht ist.
In das Gehäuse ist ferner von oben her ein Einsatz 32 eingehängt, der sich mit seinem
oberen umgebogenen Rande 32,' auf den oberen Abschlußflansch des Gehäuses
28 legt und der mehrere aufeinandergesetzte Siebe 33 in sich aufnimmt, auf die ein
die Feuchtigkeit absorbierendes Mittel aufgebracht ist, wie z. B. Chlorcalcium.
Dieses - dient zur Nachtrocknung, da bei der Reaktion der Luft mit dem die Kohlensäure
absorbierenden Mittel Wasser gebildet wird, dessen Dämpfe sonst mit der Luft entweichen
würden, wodurch die Bestimmung des Kohlensäuregewichtes unrichtig würde. Das Gehäuse
wird hier ebenfalls unter Zwischenfügung eines Dichtungsrings 28' durch einen Deckel
34 abgeschlossen, der ebenso wie der Deckel i9 ausgebildet und durch einen Büge135
und eine Druckschraube 36 fest mit dem Gehäuse 28 verbunden werden kann. Die Schraube
weist aber hier 'an ihrem oberen Teil eine Öse 37 auf, mittels welcher das Gefäß
an einem Haken d.o aufgehängt ist, der sich an einem Arm 39 einer Waage H befindet,
die aus Abb. 4. ersichtlich ist. Der Austritt der von Kohlensäure befreiten und
nachgetrockneten Luft erfolgt durch den Abschlußstutzen 38, der mittels eines Schlauchs
41 an die Druckausgleichvorrichtung D angeschlossen ist.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß durch Abnehmen der Schläuche
das Absorptionsgefäß C unmittelbar gewogen werden kann, da man hierzu lediglich
die Arretierung der Waage H aufheben muß.
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Die Druckausgleichvorrichtung D besteht aus einer großen Gummiblase
oder einem Spirometer. Dieser Druckausgleicher muß reichlich so viel Sauerstoff
in sich aufnehmen können, wie zur Durchführung eines Versuchs erforderlich ist.
Der Druckausgleicher D ist durch das Rohr 42 mit dem eigentlichen Atmungsapparat
A verbunden. An diese Leitung ist die Sauerstoffbombe F angeschlossen, in der Sauerstoff
in komprimiertem Zustande sich befindet, der dann durch ein Reduzierventil 43 in
die Gasuhr E eintritt, an der der Verbrauch an Sauerstoff gemessen werden kann.
Gleichzeitig ist ein Druckanzeiger G angeordnet, der es erlaubt, den Druck des Gases
im System abzulesen.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Dreiweghahn i i wird zunächst
so gestellt, daß er den Kanal 1q. mit der Öffnung 13 verbindet, während der eigentliche
Atmungsapparat A abgeschlossen ist. In dieser Stellung ist es der Versuchsperson
möglich, sich an das Ein- und Ausatmen unter Benutzung des Mundstücks bei zugeklemmter
Nase zu gewöhnen. Gleichzeitig wird Sauerstoff aus der Bombe F in die Apparatur
eingeleitet, bis der Druckausgleicher D genügend gefüllt ist. Man sperrt nun das
Ventil 43 ab und liest an der Gasuhr den Stand und am Druckmesser G den Druck in
der Leitung ab.
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Der Dreiweghahn i i wird nun in die aus der Abb. 2 ersichtliche -Stellung
umgestellt. Die Versuchsperson atmet nunmehr ein -und aus während eines bestimmten
Zeitraums. Der Sauerstoff tritt aus der Leitung 42 ein, geht durch das Eintrittsventil
:2 hindurch nach dem Mundstück 17, wird im menschlichen Körper verarbeitet, worauf
Kohlensäure ausgeatmet wird, die durch das Austrittsventil 2' .in das Trocknungsgefäß
B tritt. Dort wird sie -getrocknet und geht dann in das Kohlensäureabsorptionsgefäß
C, -in welchem die Kohlensäure gebunden wird und eine Nachtrocknung erfolgt, worauf
die von der Kohlensäure befreite Luft durch das Rohr 41 nach dem Druckausgleicher
geht, dort wieder mit Sauerstoff beladen wird und den Kreislauf bis zum Abschluß
des Versuchs fortsetzt. Alsdann wird der Dreiweghahn i i wieder in- die vorherige
Lage zurückgedreht, in welcher der Atmungsapparat A abgeschlossen ist. Es wird nun
der Gummiball io des Atmungsapparats A so lange wechselweise zusammengedrückt und
wieder aufgefüllt, bis die zwischen Mundstück 17 bzw. Gehäuse i und dem Absorptionsgefäß
C befindliche Kohlen; säure letzteres erreicht hat und vollständig absorbiert ist.
Statt des Gummiballs kann natürlich auch eine andere, die Zirkulation der Luft nach
Beendigung der Atemtätigkeit der Versuchsperson fortsetzende Einrichtung benutzt
werden, wie z. B. eine Kolbenpumpe o. dgl.
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Es wird nun durch Öffnen des Reduzierventils :13 Sauerstoff aus der
Bombe F in das System eingelassen und dieses so lange frisch aufgefüllt, bis am
Druckmesser G der gleiche Druck wie bei Beginn des Versuchs angezeigt wird. Darauf
wird das Reduzierv entil 43 geschlossen und der Stand der Gasuhr E abgelesen, worauf
die Differenz zwischen beiden Ablesungen den Sauerstoffverbrauch während des Versuchs
ergibt.
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Darauf werden die Schläuche 26 und 41 abgenommen und das Gefäß C durch
einfaches Aufheben derArretierung derWaageH gewogen. Damit ist die ausgeatmete Kohlensäure
bestimmt.
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Der Einsatz 32 mit den Sieben 33 wird, solange der Apparat nicht in
Tätigkeit ist, herausgenommen und in dem aus Abb.4 ersichtlichen Gefäß 44 verwahrt.
Wie
Abb. q. erkennen läßt, ist die gesamte Einrichtung auf einem dreibeinigen Gestell
4.5 untergebracht, das mit einem Lot 4.6 ausgerüstet ist und dessen Beine außer
den zum leichteren Transport dienenden Rollen noch Einstellvorrichtungen 47 aufweisen,
mittels deren man das Gestell an der Benutzungsstelle derart justieren kann, daß
Waage und Gasuhr genau waagerecht aufruhen. Bisher wurde für jeden dieser beiden
Apparate eine getrennte Justiervorrichtung verwandt, während hier für beide gemeinsam
nur eine Einstellvorrichtung erforderlich ist.
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Der Atmungsapparat _A mit dem daran befestigten Mundstück 17 wird,
wie Abb. 4. erkennen läßt, von einer Stütze 48 getragen, deren Höhe verstellbar
ist, um das Mundstück je nach der Größe und Lage der Versuchsperson einstellen zu
können.