DE2417115A1

DE2417115A1 - Verfahren zum ableiten einer sauerstoffbindungskurve bei einer blutprobe

Info

Publication number: DE2417115A1
Application number: DE2417115A
Authority: DE
Inventors: Lutz Adolf Kiesow
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1974-04-08
Publication date: 1975-01-16
Also published as: US3854878A; FR2225750B1; JPS49131495A; NL7405032A; FR2225750A1

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Ncgondank

Dipl. Ing. H. Hauck - Γ ei Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Gra?r: - L I; I. !ng. ¹V. Wehnelt

8 Münci:jr 2, RicsuiiiiiaSa 23

Telefon 5380586

Baxter Laboratories,Inc. 9. April 1974

Morton Grove, 111.60053,USA Anwaltsakte M-3052

Verfahren zum Ableiten einer Sauerstoffbindungskurve bei einer Blutprobe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ableiten einer Sauerstof fbindungskurve bei einer Blutprobe.

Die Oxygenierungs-Charakteristiken von Blut können bestimmt werden, indem die Änderungendes lichtabsorbierenden Verhaltens des Blutes beobachtet werden, während dieses mit einem Reagenz behandelt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und; verbessertes Verfahren für das differentielle Erfassen der licht-¹ absorbierenden Eigenschaften von Materialien anzugeben, denen diese lichtabsorbierenden Eigenschaften ändernde Reagenzien zu- ; gesetzt sind, insbesondere zum Messen der Oxygenierungsrate einer Blutprobe, die mit einem Oxygenierungs-Reagenz behandelt wird.

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Weiterhin sollen ein Verfahren zum Messen und zum Aufzeich»en der Änderung der Lichtabsorption einer mit einem Oxygenierungs-Reagenz behandelten Blutprobe und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, bei denen das Verfahren nur relativ einfache Verfahrensschritte aufweist und nur eine kleine Probenmenge erforderlich macht und bei denen die Vorrichtung relativ billig im Aufbau ist und leicht bedient werden kann.

Auch soll eine verbesserte Absorptionsküvette oder -zelle angegeben werden, die bei einem 2-Wellenlängen-Fotometer oder einem vergleichbaren optischen Instrument zum Ableiten der Sauerstoffbindungskurve einer Blutprobe eingesetzt werden kann. Die Zelle soll ein leichtes Injizieren der Probe und ein anschließendes Titrieren mit einer flüssigen Oxygenierungssubstanz ermöglichen, während gleichzeitige Lichtstrahlen mit vorgegebener Wellenlänge durch die Zelle geleitet werden, so daß die differentielle Absorption der Wellenlängen gemessen werden kann, während die Probe oxygeniert wird. Die Zelle soll ein Hindurchpumpen des Titers durch die Zelle hindurch ermöglichen, während die Blutprobe zurückgehalten wird.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht (zum Teil als Vertikalschnitt dargestellt) einer Ausführungsform der Absorptionsmeßzelle, die in einem 2-Wellenlängen-Fotometer eingesetzt werden kann;

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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 durch die Absorptionsmeßzelle gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Phasentrennungsoder Blutzurückhaltungsabschnitt der Zelle gemäß Fig.1 und 2; und

Fig. 4 einen vergrößerten Teilhorizontalschnitt im wesentlichen längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

Zunächst soll auf die ältere amerikanische Anmeldung von George W. Lewy, Paul Priarone und Herbert M. Cullis, Anmelde-Nr. 291 046 vom 21. September 1972 Bezug genommen werden, die den Titel trägt "2-Wellenlängen-Fotometer für Absorptionsdifferenzmessungen". Diese Anmeldung offenbart ein 2-Wellenlängen-Fotometer, bei dem zeitmultiplexe (time-shared) monochromatische Wellenlängen ]λ _Ώ

und jX _M (448 nm bzw. 439 nm) sequentiell durch eine eine Blutprobe enthaltende Küvette geführt werden, welche Probe mit einem oxygenierten Material titriert wird. Die hindurchgetretenen Strahlen treffen auf einen Fotomultiplier auf, dessen Ausgang mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die die den beiden Wellenlängen zuzuordnenden Ausgangssignale trennt und die Absorptionsdifferenz der Blutprobe während der oxygenierenden Titration aufzeichnet. Wie in der oben erwähnten Anmeldung ausgeführt wird, hat die Bezugswellenlänge ^\ _R (448 nm) einen solchen Wert, daß zwischen oxygeniertem und desoxygeniertem Blut im wesentlichen keine Absorptionsunterschiede auftreten, während die Meßwellenlänge ^X_M (439 nm) einen solchen Wert aufweist, bei dem ein relativ großer Unterschied in der Absorption zwischen -4-

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oxygeniertem und desoxygeniertem Blut zu verzeichnen ist. Das Instrument plottet daher den Unterschied in der Absorption für die beiden Wellenlängen mit der Zeit, während die Probe oxygeniert wird.

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Bei der in der vorstehend beschriebenen Anmeldung offenbarten Vorrichtung wird der Sauerstoff mit konstanter Geschwindigkeit in einerdie Blutprobe in einer flüssigen Phase enthaltenden optischen Zelle erzeugt, wobei eine verdünnte Wasserstoffperoxidlösung bekannter Konzentration als Titer und Katalase als Zersetzungskatalysator eingesetzt werden. Sauerstoff wird daher stöchiometrisch mit einer Geschwindigkeit erzeugt, die proportional der Geschwindigkeit der gesteuerten Titerströmung in die Küvette hinein ist.

Bessere Ergebnisse können erzielt werden, wenn eine flüssige perfluorinierte Kohlenstoffverbindung als Titer eingesetzt wird, z.B. die unter dem Warenzeichen Mediflor FC-43, FC-47 oder FC-80 von der 3M Company, Inc., Minneapolis, Minnesota_; hergestellten Verbindungen, die Fluorwasserstoffmaterialien darstellen, die sehr leicht desoxygeniert und oxygeniert werden können und die

mit großem Wirkungsgrad als Desoxygenier- und Oxygenierreagenzien für Blutproben eingesetzt werden können.

Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Küvette, bei der diese Titer zufriedenstellend ein- ' gesetzt werden können und die in einem 2-Wellenlängen-Fotometer der oben angeführten Anmeldung beschriebenen Art oder in anderen ·

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Absorptionsmeßinstrumenten benutzt werden können.

In den Figuren bezeichnet 11 die Titrationszelle zum Ableiten einer Sauerstoffbindungskurve. Die Titrationszelle 11 weist einen _t

^allgemeinen quaderförmigen Metal'lblock 12 auf, der mit einer

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Reihe von Befestigungsbohrungen/versehen ist. Der Block ist mit einem mittigen Hohlraum 14 versehen. Der Hohlraum ist auf gegenüberliegenden Seiten mit lichtdurchlässigen parallelen kreisför-

migen Fensterscheiben 15, 15 versehen, die in kreisförmigen Aus- ^; nehmungen des Metallblocks 12 durch Halteringe 16, 16 gehalten :

sind, die in die kreisförmigen Ausnehmungen eingeschraubt sind. j

ι Zwischen jedem Haltering 16 und der Oberseite der zugeordneten !

lichtdurchlässigen Fensterscheibe 15 ist ein flacher ringförmiger ^! Dichtring 17 vorgesehen. ' ^]

Der Block 12 ist an einer Seite mit einer großen quaderförmigen Nut 18 versehen. Ein der Injektionsführung dienendes und mit einem Flansch versehenes Leitungsbauteil 19 ist in eine Bohrung 20 eingeschraubt, die sich von der Mitte der Nut 18 zum Hohlraum 14 hin erstreckt. An ihrem innenliegenden Ende ist die Bohrung 20 in der Nähe des Hohlraums 14 stufenförmig im Durchmesser verringert j um einen ringartigen Haltesitz 21 zu bilden, gegen den eine als Scheidewand dienende Gummischeibe 22 durch das innere Ende des Leitungsbauteils 19 gedrückt ist. In der Fig. 1 ist der Sitz 21 konkav gewölbt dargestellt. Die Gummischeibe 22 kann von einet Hohlnadel 23 einer hypodermisehen Spritze 24 durchstoßen werden, die für die Injizierung einer Blutprobe in dem Hohlraum 24 benutzt wird, wie weiter unten beschrieben werden wird.

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Der Block 12 ist mit Bohrkanälen 25 versehen, die sich um den

j Hohlraum 14 herum erstrecken und in geeigneter Weise an ihren

: Enden durch Stopfen geschlossen sind derart, daß sie ein Kanalsystem für die Zirkulation einer Temperaturüberwachungsflüssigkeit darstellen, mit deren Hilfe die Temperatur des Metallblockes 12 auf einen geregelten Wert gehalten werden kann. Die Temperierflüssigkeit wird dem Kanalsystem über eine Einlaßleitung 26 zugeführt und verläßt den Block durch eine Auslaßleitung 27, so daß ' die Flüssigkeit durch die Kanäle 25 strömen und damit in dem ^: Hohlraum 14 eine konstante Temperatur aufrecht erhalten kann.

Wie noch zu erklären ist, ist es von Vorteil, wenn der Inhalt des Hohlraums 14 gemischt werden kann. Daher ist eine Mischeinrichtung 28 auf der Oberseite des Metallblockes 12 vorgesehen. Diese Mischeinrichtung wird von einer Drehwelle 29 angetriebe, die in einem in geeigneter Weise an dem Metallblock 12 befestigten Lagerbalken 30 gelagert ist. Die Welle 29 veranlaßt ein Hin- und Hergehen einer Mischstange 31, die sich in den Hohlraum 14 hinein erstreckt und mit auf Abstand angeordneten Mischflanschen ausgerüstet ist. Die Mischeinrichtung 28 ist mit einem bekannten zwischen die Drehwelle 29 und der Mischstange 31 geschalteten

Umsetzer 33 versehen, der die Drehbewegung der Drehwelle in eine in axialer Richtung hin- und hergehende Bewegung der Mischstange , 31 umsetzt. \

Die Mischstange 31 erstreckt sich durch eine Gehäusehülse 49 in den Hohlraum 14 hioein, die im oberen Teil des Metallblockes 12 angeordnet ist und an ihrem Grunde mit einer flexiblen Abschluß-

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membran 5O versehen ist. Die .Mischstange 31 erstreckt sich durch den Mittelabschnitt der Abschlußmembran hindurch und ist abdichtend mit ihr verbunden.

Auf seiner Unterseite ist der Metallblock 12 mit einer abgestuften Füllbohrung 34 versehen, in der.ein Hülsenbauteil 35 einsitzt. Das Hülsenbauteil 35 besitzt einen unteren mittig angeordneten Bohrungsabschnitt 36, in dem das eine Ende eines Füllrohrs 37 befestigt ist. Eine Schraubbuchse 38 umgibt das Füllrohr 37 und ^; ist unterhalb des Hülsenbauteils 35 in den Block 12 eingeschraubt und drückt das Hülsenbauteil gegen eine nachgiebig verformbaren O-Ring 39, der sich um einen in seinem Durchmesser verringerten oberen Abschnitt 40 des Hülsenbauteils 35 herum erstreckt. Der O-Ring wird dadurch gegen einen ringförmigen Sitz 41 gedrückt, der an dem oberen Ende der abgestuften Bohrung 34 ausgebildet ist.

Das Hülsenbauteil 35 weist einen gegenüber dem unteren Bohrungsabschnitt vergrößerten oberen Bohrungsabschnitt 42 auf, der in Verbindung mit dem Hohlraum 14 steht. Ein sich vertikal erstreckendes Auslaßrohr 43 erstreckt sich durch den oberen Abschnitt des j Blockes 12 hindurch und ist mit dem Bohrungsabschnitt 42 ausge- ; fluchtet. An seinem unteren Ende ist er mit einem länglichen Kragen 44 verbunden. Das untere Ende des Auslaßrohres und der Kragen erstrecken sich nach unten in den Bohrungsabschnitt 42 hinein wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Hohlraum 14 und dem unteren Ende des Auslaßrohrs 43 ein im wesentlichen zylindrischer gedrosselter Durchlaß 45 begrenzt. Der

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Abstand zwischen der Außenfläche des Kragens 44 und der Wandung der Bohrung 42 liegt in der Größenordnung von 0,127 mm (0,005 inch) Die Höhe des Kragens in dem Bohrungsabschnitt ist ziemlich groß (vorzugsweise liegt sie in der Größenordnung von 12,6 mm), so daß der gedrosselte Durchlaß 45 eine wesentliche axiale Länge aufweist. Wie bald erklärt werden wird, reicht die axiale Länge des gedrosselten Durchlasses 45 aus, um dem Blut eine Trennung von der aus dem Hohlraum 14 nach unten in den Bohrungsabschnitt 42 zum unteren Ende des Auslaßrohr 43 strömenden Reagenzflüssigkeit zu ermöglichen, während die Mischung im Hohlraum 14 durch Einwirkung der Mischstange 31 gerührt wird.

Ein Spülrohr 46 ist in dem oberen Abschnitt 12 des Metallblockes 12 befestigt und steht zu einem noch zu beschreibenden Zwecke in Verbindung mit der Oberseite des Hohlraums 14.

Ein Titereinlaßrohr 51, das sich zum Hohlraum 14 hin erstreckt und mit diesem in einem oberen Eckabschnitt in Verbindung steht, der dem Leitungsbauteil 19 gegenüberliegt, ist mit dem Block verbunden. Das Rohr 51 steht mit einer geeigneten Spritzen-Pumpe (syringe pump) in Verbindung, die oxygenierte Fluorkohlenstoffflüssigkeit (wie z.B. Mediflor FC-43) oder eine andere der bereits oben besprochenen Flüssigkeiten enthält.

Die Drehwelle 29 der Mischeinrichtung 28 ist mit einem nicht gezeigten geeigneten Antrieb verbunden, der vorzugsweise ein Elektromotor ist.

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Die Zelle 11 ist in dem optischen Weg eines zugeordneten 2-Wellenlängen-Fotometer derart angeordnet, daß die zeitmultiplexen Lichtstrahlen mit den Wellenlängen >λ bzw. /\ _M quer durch die Fenster 15 und im wesentlichen durch den in der Figur mit der strichpunktierten Linie 47 gekennzeichneten Bereich laufen.

Bei Betrieb der Vorrichtung wird eine Menge der Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit (wie z.B. Mediflor FC-43) zunächst mit bekannten externen Einrichtungen desoxygeniert. Dies kann z.B. durch ein Entgasen mit Stickstoff oder einem anderen inerten Gas erfolgen. Danach wird die Flüssigkeit durch das Füllrohr 37 in den Hohlraum 14 unter totaler Auffüllung desselben aufgefüllt, wobei ein Überströmen durch das Auslaßrohr 43 erfolgt.

Bei in das Fotometer eingebauter Zelle 11 wird eine Blutprobe, welche typischerweise partiell oxygeniert ist, durch das Leitungsbauteil 19 mit Hilfe einer hypodermischen Spritze in den Hohlraum 14 injiziert, wie es in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Die Mischeinrichtung 28 wird in Betrieb gesetzt und bleibt während des restlichen Verfahrens in Betrieb.

In dieser Stufe des Verfehrens wird durch Berührung mit der Fluor- '

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kohlenstoff-Flüssigkeit und wegen der Verdünnung/injizierte Blutprobe desoxydiert. Eine vollständig Desoxydation der Blutprobe wird dann durch Spülen des Hohlraums 14 mit einer desoxygenierten j

i Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit erreicht, die über das Spülrohr 46

in den Hohlraum eingelassen wird.

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Danach wird das optische System gemäß einem Verfahren ausgeglichen, wie es in der vorstehend genannten älteren amerikanischen Anmeldung besehrieben worden ist. Danach wird das elektronische System des Fotometers aktiviert, so daß das Instrument mit der Aufzeichnung beginnt.

Danach wird extern oxygenierte Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit (z.B. Mediflor FC-43 oder dergleichen) über das Rohr 51 in den Hohlraum 14 gepumpt^womit der Titrationsprozeß seinen Verlauf nimmt. In die-

und

ser Verfahrensstufe/während des zuvor beschriebenen Spülens (Desoxydation der Blutprobe) verläßt die überschüssige Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit die Zelle durch den einen "Phasentrenner" darstellenden gedrosselten Durchlaß 45 und das Auslaßrohr 43, wobei das Blut zurückgehalten wird,da es zurück in den Hohlraum 14 fließt, während das relativ weniger schwimmfähige Fluorkohlen" stoffmaterial durch den gedrosselten Durchlaß 45 strömt und über das Auslaßrohr 43 austritt. Die optischen Messungen werden während dieses VerfahrensSchrittes ausgeführt und eine Sauerstoffbindungskurve wird in einer Weise aufgezeichnet, die mit der in der vorstehend beschriebenen US-Anmeldung Nr. 291 046 vergleichbar ist.

Während in der vorstehenden Beschreibung eine besondere Ausführungsform der erfinderischen Grundidee für Verfahren und Vorrichtung zum Ableiten einer Sauerstoffbindungskurve bei einer Blutprobe beschrieben worden sind, so sollte es doch klar sein, daß das Verfahren und die Vorrichtung auch bei ähnlich gelagerten Fällen Verwendung finden kann.

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Claims

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Hst:dc - Γ ?c! Phys. VV. Schmitz

Dipl. Ing. E. Grasig - Dipl. !ng. W. Wehnelt

8 München 2, &loz2rt3tra8e 23

Telefon 5380586

Baxter Laboratories, Inc.

Morton Grove, 111. 60053,USA 9. April 1974

Anwaltsakte M-3O52

Patentansprüche

i) Verfahren zum Ableiten einer Sauerstoffbindungskurve bei einer Blutprobe, dadurch gekennzeichnet,daß die Blutprobe desoxygeniert wird, ein Oxygenierungsmittel in die Probe eingeführt wird, während der Oxygenierung zwei jeweils monochromatische Strahlen durch die Probe geleitet werden, wobei der eine Strahl eine Wellenlänge, bei der im wesentlichen keine Änderung der Absorption zwischen oxygeniertem und desoxygeniertem Blut auftritt, und der andere Strahl eine Wellenlänge besitzt, bei der eine relativ große· Änderung in der Absorption beim übergang zwischen oxygeniertem und desoxygeniertem Blut auftritt, daß die Differenz in der Absorption für beide Wellenlängen über die Zeit geplottet wird, während die Probe oxydiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxygenierungsmittel eine Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeit verwendet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blutprobe und das Oxygenierungsmittel gemischt werden,während die Oxygenierung der Blutprobe stattfindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Desoxygenierung der Blutprobe diese einer desoxygenierten Flurokohlenstoff-Flüssigkeit ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wellenlänge einen Wert von angenähert 448 nm und die andere Wellenlänge einen Wert von angenähert 439 nm aufweisen.
6. Absorptionsmeßzelle für die Benutzung in einem Fotometer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (14) mit lichtdurchlässigen Wandungen (15) versehen ist, welche Wandungen so angeordnet sind, daß Lichtstrahlen durch die Kammer (14) treten können, daß ein Einlaß (19) für die Injektion einer Blutprobe in die Kammer (14) hinein vorgesehen ist, daß ein Einlaß (37) für die Verbindung der Kammer (14) mit einem Reagenzvorrat und eine Überlaufleitung (35,44,43) in Verbindung mit der Kammer vorgesehen sind, welche Überlaufleitung eine Drosselstelle (42,44) aufweist, die zur Trennung der Probe von dem die Kammer (14) durch die Überlaufleitung verlassenden überlaufenden Reagenz ausreicht.

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7. Absorptionsmeßzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einlaßleitung (46) für das zeitweilige Füllen der Kammer (14) mit einem Desoxydierungsreagenz vorgesehen ist.
8. Absorptionsmeßzelle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufleitung ein Auslaßrohr (43) besitzt, das sich nach unten zum Boden der Kammer (14)hin erstreckt,und daß der Kammerboden eine Ausnehmung (42) aufweist, die den unteren Abschnitt des Auslaßrohrs (43) aufnimmt derart, daß die Drosselstelle von dem Raum zwischen der Wandung der Ausnehmung (42) und der Außenfläche des unteren Endabschnittes

(44) des Auslaßrohrs gebildet ist.
9. Absorptionsmeßzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß der Drosselraum eine Breite von 0,127 mm aufweist„
10. Absorptionsmeßzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülrohr (46) der Kammer (14) zum : Spülen der Kammer mit einem Desoxydiermittel vorgesehen ist. *

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