-
Vorrichtung zur Bestimmung des bei der Atmung von Menschen und Tieren
verbrauchten Sauerstoffs und der erzeugten Kohlensäure Atmet ein Mensch oder ein
größeres Versuchstier durch Ein.atmungsventile aus einem geeichten Spirometer und
wird die ausgeatmete Luft nach Absorption der Kohlensäure über Ausatmungsvenüi.le
in das Spirometer zurückgeführt, so kann man, `nenn man die Bewegungen des Spirometerdeckels
auf einer mit Zeitmarken versehenen Trommel aufzeichnet, den Sauerstoffverbrauch
bestimmen. Zur Bestimmung der gebildeten Kohlensäure ist es bekannt, idie Menge:
der im Absorptionsgefäßgebundenen Kohlensäure durch Analyse und Wä.gung bz-w. Berechnung
festzustellen. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird zuerst der Sauerstoffverbrauch
auf die oben -angegebene Art bestimmt, worauf dann zur Bestimmung der gebildeten
Kohlensäure ein getrenntes Spirometer verwendet wird, bei dem die Ausatmungsluft
ohne Absorption der Kohlensäure in einen im Spirometer untergebrachten gasdichten
Sack geleitet wird. Diesels zweite Spirometer gibt die Volumendifferenz des verbrauchten
Sauerstoffs und der durch den Organismus gebildeten Kohlensäure an. Nachdem die
Menge des verbrauchten Sauerstoffes bereits im ersten Sp,irometer festgestellt wurde,
geben die beiden Messungen gemeinsam sowohl die verbrauchte Sauerstoffmenge wie
auch die gebildete Kohlensäuremenge an.
-
Bei bekannten Spirometern sind bereits zwei durch eine elastische
Zwischenwand getrennte Meßräume zur Ermittlung des Respirationskoefiizienten durch
Einatmen der Luft aus dem einen und Ausatmen in den anderen Meßraum vorhanden; jedoch
leidet das bekannte Verfahren an -dem Übelstand, daß es für die Bestimmung
einerseits des Sauerstoffverbrauchs und andererseits der Koh.lensäureausscheidung
zwei gesonderte Vorrichtungen erfordert, was die Messung schwerfällig und die Versuchsdauer
zu lange, also für die Versuchsperson ermüdend gestaltet; ferner geschieht, was
noch schwerwiegender ist, die Bestimmung der beiden Stoffwechselwerte mit zwei gesonderten,
hintereinander .geatmeten Luftportionen, was zu unübersehbaren Fehlern führt.
-
Von den bekannten -Vorrichtungen der geschilderter Art, ;die mit einem
mit Luft (Sauerstoff) gefüllten, mit der Einatmungsleitung verbundenen, von einem
schwenkbar gelagerten, eine Ragistriervorrichtung beeinflussenden Deckel abgeschlossenen
Raum und einem zweütien von dem ersten durch eine elastische Zwischenwand getrennten
Raum, in den die Ausatmungsleitung mündet, ausgerüstet: sind, unterscheidet sich
die Vorrichtung gemäß der Erfindung durch die Anordnung eines Gebläses, das in einer
an sich zur Gasanalyse bekannten Weise die ausgeatmete Luft durch Absorptionsgefäße
aus dem einen Meßraum in den anderen fördert. Hierdurch wird unter Verwendung ein
und
desselben Luftquantums im Anschluß an die Aufzeichnung des Sauerstoffverbrauchs
diej enngeder Kohlen.säureerzeugung ermöglicht.
-
Der Gegenstand der Erfindung gestattet also .unmittelbar aufeinanderfolgend
die Bestimmung bzw. Aufzeichnung des vom Organismus verbrauchten Sauerstoffes und
der vom Organismus ausgeschiedenen Kohlensäure, und zwar mit einem und demselben
in einem Atmungsvorgang von 5 bis 6 Minuten erhaltenen Luftquantum.
-
Die Zeichnung zeigt in Abb. i einen schematischen Längsschnitt einer
Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
-
Abb. 2 veranschaulicht eine Einzelheit und Abb.3 eine Seitenansicht.
-
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Spirometer i, dessen
Gehäuse aus einem unteren Teil 2 und einem oberen Teil 3 zusammengesetzt ist. Zwischen
die aneinanderstoßenden Flanschen der beiden Teile 2, 3 ist ein Sack 4 aus undurchlässigem
Stoff, beispielsweise Gummi oder gummiertem Gewebe, eingespannt, der gewöhnlich
in der dargestellten Weise in den unteren Tei12 des Spirometera hineinragt. Oben
wird das Spirometerdurch einen schwingenden Deckel 5 abgedeckt. Der Deckel bildet
einen nach unten offenen Kasten, dessen senkrechte Seitenwände in einen am oberen
-Teil des Spdrometers angebrachten Waeserverschluß 6 tauchen. Der Deckel 5 ist durch
ein einstellbares Gewicht 7 ausgewuchtet und trägt einen am Spirometer drehbar gelagerten
Schreibarm 8, mittels welchen die Bewegungen des Deckels auf einem Kymographen 9
vergrößert aufgezeichnet werden.
-
Das Einatmungsrohr io mündet, wie in der Zeichnung dargestellt, unterhalb
des Deckels 5 und führt über einen Dreiweghahn i i zum Mundstück i2. Das Ausatmungsrohr
13 mündet gleichfalls über den Dreiweghahn i i ,in das Mundstück 12. Sein entgegengesetztes
Ende ist zunächst im Wasserverschluß 6 um das obere Ende des Spirometers herumgeführt.
Sein freies Ende durchsetzt den Boden des Spirometers und mündet in den unteren
Spirometerraum. In beiden Leitungen io und 13 sind Rückschlag--ventile 14, i5 eingeschaltet.
Von der Leitung 13 ist über einen Dreiweghahn 16 .eine weitere Leitung 17 abgezweigt,
welche im Wasserverschluß 6 um das obere Ende des Spirometers herumgeführt ist und
in einen nm oberen Teil des Spirometers unter Belassung eines Spaltes 18 angeordneten
Behälter ig mündet. In diesen Behälter ist ein mit einer Absorptionsmasse für
CO. gefülltes Gefäß 2o herausnehmbar eingesetzt. Mit einer Abzweigung
21 der Leitung 17 ist ein Luftbeweger, z. B. ein Ventilator 22, verbunden, dessen
Saugleitung 23 an ein Absorptionsgefäß 24 angeschlossen ist. Letzteres ist durch
Leitungen 25, 26 über einen Dreiweghahn 27 mit dem unten in das Spirometer
mürid enden Ende der Leitung 13 Yerbunden. Ein mit einem Hahn versehener 'Wassersack
z8 gestattet die Entwässerung der Leitung 13.
-
Zur unmittelbaren Bestimmung bzw. Aufzeichnung ,des vom Organismus
verbrauchten Sauerstoffes sowie der vom Organismus gebildeten Kohlensäure wird durch
die Versuchsperson aus .dem geeichten und mit Luft gefüllten Spirometer i durch
das Mundstück 12 über dieLeitungi o Luft eingeatmet und über die Leitung 13 in den
durch den Gummisack 4 vom oberen Spirometerraum 3 abgedichteten unteren Spirometerraum
2 ausgeatmet. Dabei muß der Hahn 16 gegenüber der ,dargestellten Lage um 9o° und
der Hahn 27 um 45° verdreht sein. Ein- und Ausatmungsluft werden in bekannter Weise
durch die Rückschlagv entile 14 und 15 voneinander getrennt. Während sich der Gummisack
4 mit der Ausatmungsluft allmählich anfüllt, zeichnet der Schreibstift 8 die Auf-
und Abwärtsbewegungen des schwingenden Deckels 5 in doppelter Vergrößerung .auf
den Kymographen 9 auf, wodurch eine Atmungskurve erhalten wird, deren allmähliches
Absinken die Volumenabnahme des Spirometerinhaltes anzeigt, welche dadurch bedingt
ist, daß vom Organismus meist mehr Sauerstoff verbraucht als CO, gebildet
wird.
-
Wird, genau so viel Sauerstoff verbraucht, als CO, gebildet,
ist also der sogenannte respiratorische Quotient CO, : 02 = i, so verläuft
die Atmungskurve genau waagerecht. Wird mehr C02 gebildet als 02 verbraucht, so
zeigt die Atmungskurve die Volumenzunahme des Spirometerinhalt.es an. Nach vollendeter
Atmung wird der Hahn i i in der Pfeilrichtung um go° verdreht, also in die Lage
nach Abb. 2 gebracht, wodurch das Spirometer nach außen abgeschlossen wird. Die
Mitwirkung der Versuchsperson ist damit beendet.
-
Nachdem nunmehr die Hähne 16 und 27 in die .in Abb. i dargestellte
Lage gebracht sind, wird der in das Spirometer eingebaute Ventilator -9: @in Gang
gesetzt, wodurch die Ausatmungsluft, «-elche in dem Sack 4 eingeschlossen ist, über
die Absorptionsgefäße 24 und 2o gesaugt bzw. getrieben, von ihrer Kohlensäure befreit
in den oberen Teil des Spirometers gelangt.
-
Wenn der Sack -1 entlüftet ist, was durch ein Glasfenster 29 (Abb.
3) nach Einschaltung einer im Spiroineter angebrachten kleinen Glühlampe beobachtet
-,verden kann, wird der Hahn 16 um 9o° zurückgedreht, so daß jetzt wieder die Leitung
13 in ihrer ganzen Länge
freigegeben wird. Wie aus Abb. 2 ersichtlich,
wird et-,va, durch eine Ausnehmumg 3o im Küken des Hahnes 1 i oder durch ein gemeinsames
Rohrstück 35 zwischen den Rohren io und 13 auch bei geschlossenem Hahn i i eine
freie Verbindung geschaffen, so daß jetzt durch den Ventilator 22 ein Kreislauf
aufrecht-erhalten wird, welcher die Luft aus dem oberen Spirometerraum durch die
Rohrleitungen 1o, 13,:26, 25, 23, 21 und die beiden Absorptionsgefäße 24 und 20
wieder in den Spirometerraum zurückführt. Dadurch wird auch die in der Rohrleitung
13 verbliebene Ausatmungsluft von ihrem C 02 Gehalt befreit.
-
Durch die Absorption der Kohlensäure erfährt der Spirometergehalt
eine der ausgeschiedenen CO,-Menge entsprechende Volumenabnahme, welche ein Niedersinken
des Deckels 5 zur Folge hat. Beim Sinken des Deckels wird auf dem Kvmographen g
eine zweite Kurve aufgezeichnet. Der Ordinatenwert dieser zweiten Kurve ergibt die
ausgeschiedene Kohlensäuremenge. Durch Addition der Ordinat.enwerte der beiden im
ersten und zweiten Teil des Versuches aufgezeichneten Kurven erhält man den Sauerstoffverbrauch
der Versuchsperson.
-
Nach beendeter Absorption der CO. befindet sich im Spirometer
eine zwar C(5,-freie, aber sauerstoffarme Luft. Um einen neuen Versuch vorzubereiten,
wird der Hahn 27 in der Richtung des Pfeiles um go° geldreht, Hahn 31 geöffnet und
der Ventilator 2-, angelassen, wodurch durch die Rohrleitung 27, 25, 23, 21 und
die Absorptionsgefäße 24. und 20 CO.-freie-Außenluft in .den oberen Spirometerraum
einströmt, während die sauerstoffarme Luft durch den Hahn 31 ausströmt. Nach wenigen
Minuten ist das Sp:irometer durchlüftet und für einen neuen Versuch bereitgestellt.
-
Für die Richtigkeit der Bestimmung ist es notwendig, daß in allen
Teilen des Spirometers gleiche Wasserdampftension herrscht. Nachdem der obere Spiro.meterraum
infolgedes zur Dichtung des Deckels 5 dienenden Wasserverschlusses 6 finit Wasserdampf
gesättigt ist, wird gemäß der Erfindung in den unteren Spirometerraurn eine mit
Wasser gefüllte Rinne 32 eingebaut, wodurch auch hier die Sättigung mit Wasserdampf
gesichert ist. Eine weitere Forderung ist, daß während des Versuches die Temperatur
innerhalb des Spirometers konstant sei. Da die Ausatmungsluft wärmer als die Einatmungsluft
ist, so besteht die Gefahr, daß der Spirometersnhalt sich allmählich erwärmt, was
.eine Volumenzunahme vortäuschen würde. Zur Erreichung ,der Temperaturkonstanz werden
alle Rohrleitungen, welche Ausatmungsluft dem Spirometer zuführen,-also die Rohre
13 und 17, vor Eintritt in den Spirometer in den Wasserinantel 6 versenkt und Kühlschlangen
ähnlich im Wasser herumgeführt.
-
Das Absorptionsgefäß 2o, welches bei dem beschriebenen Verfahren nur
dazu dient, um die letzten Spuren .des CO" welche möglicherweiser im Absorptionsgefäß
2q. nicht abgefangen werden, zu absorbieren, kann auch .in einer nicht den Gegenstand
der Erfindung bildenden Weise dazu verwendet werden, die beschriebene Vorrichtung
zur einfachen Bestimmung des verbrauchten Sauerstoffs nach dem bekannten, eingangs
erwähnten Verfahren zu verwenden. Zu diesem Zweck wird die Spirometerluft aus .dem
Behälter 33 durch das gelochte Rohr 3.4 mit Sauerstoff angereichert und bei dein
dargestellten Stand des Hahnes 16 durch Rohr 1o eiin- und durch die Rohre 13, 17
ausgeatmet. Die Ausatmungsluft gelangt nach Absorption der Kohlensäure in dem Absorptionsgefäß
2o in den oberen Spirometerraum zurück, und .der schwingende Deckel schreibt die
steil abfallende Atmungskurve auf den Kymographen, ,deren Ordinate dem Sauerstoffverbrauch
entspricht.
-
Als Ergänzung dieser bekannten Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs
kann in einer zweiten Atmungsperiode durch Umschalten des Hahnes 16 um go° in der
Richtung des Pfeiles die Ausatmungsluft unter den Sack 4 geleitet werden, wodurch
in bekannter Weise -eine zweite Atmungskurve aufgezeichnet wird, welche - da -die
Kohlensäure diesmal nicht absorbiert wird - einen viel flacheren Ver= lauf zeigt
als die erste Kurve. Da nun in der zweiten Periode die CO, nicht absorbiert
wurde, in der ersten aber ja, ergibt die Differenz der beiden Ordinatenwerte die
produzierte C 02. .
-
Das Absorptionsgefäß 2o ist innerhalb des Spirometers derart angeordnet,
daß dadurch der obere Spirometerraum vom unteren nicht abgesperrt wird, also die
Füllung des Clumm.isackes 4 seine Wirkung auf den schwingenden Deckel ausüben kann
und dennoch die Ausatmungsluft durch die Rohre 17 bzw. 21 quantitativ durch das
Absorptionsgefäß 2o hindurch unter den Deckel 5 gelangt.
-
Zu diesem Zweck wird der die A#bsorpti.on.smasse enthaltende Blechkasten
1g mit durchbrochenem Boden derart eingesetzt, daß zwischen seinen und des Spirometers
Wänden ringsherum ein Spalt i8 frei bleibt. Durch diesen Spalt ist die Verbindung
zwischen dem oberen und unteren Spirometerraum gesichert.
-
Der Blechkasten ig trägt an seinem Baden ein Loch, in welches .der
mit Schraubengewinde versehene Ansatz des Rohres 17 hineinragt und mittels ,einer
flachen Schraubenmutter luftdicht eingeschraubt werden kann.
In
diesen Blechkasten wird nun das mit Natronkalk gefüllte Absorptionsgefäß 2o luftdicht
eingesetzt.
-
Die beschriebene Vorrichtung ist außer für Menschen auch für die Stoftwechseluntersuchung
an großen Versuchstieren, z. B. Hunden, geeignet.
-
Die Vorrichtung kann auch für die Stoffwechselbestimmung von kleinen
Tieren (z. B. Meerschweinchen, Ratten) benutzt werden. In diesem Fall wird das Tier
in bekannter Weise in einen luftdicht verschlossenen Behälter gesperrt, welcher
zur Sicherung der Temperaturkonstanz in ein Wasserbad versenkt ist. Die Beatmung
des Apparates geschieht durch eine Pumpe, welche die Luft aus dem oberen Spirometerraum
saugt und durch den Tierbehälter in den unteren Sackraum treibt. Der Deckel des
Spirometers beschreibt die obererwähnte flach verlaufende Kurve. Durch Umschalten
von drei Hähnen wird, nun die Sackluft mittels der Pumpe durch Absorptiansgefäße
in den oberen Spirometerraum getrieben und das Absinken des Deckels, welches der
ausgeschiedenen C 02 Menge entspricht, arm Kymographen registriert. Die Bestimmung
ist die gleiche wie beim klinischen Versuch. Für solche Tierversuche -wird das Spirornieter
entsprechend kleiner bemessen.
-
Die beschriebene Vorrichtung kann in ihren Einzelheiten abgeändert
wenden. So kann z. B. ,das Spirometer nicht bloß kastenförmig, sondern auch zylinderförmig
ausgeführt werden. An Stelle eines schwingenden Dekkels kann ein gasometerglockenartiger,
sich hebender und senkender Deckel Anwendung finden. An Stelle des Gummisackes kann
im Spirometer ein anderer, der Veränderung seines Volumens fähiger, gasdicht abgeschlossener
Raum angeordnet werden, in den die zurückgeatmete Luft eintritt. Zum Zwecke der
Umschaltung der Leitungen können an Stelle von Dreiweghähnen auch andere Vorrichtungen
angewendet «-erden usw.