DE2905807C2

DE2905807C2 -

Info

Publication number: DE2905807C2
Application number: DE2905807A
Authority: DE
Inventors: Torben Falch M.Sc. Holte Dk Christiansen
Original assignee: Radiometer AS
Current assignee: Radiometer AS
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1988-04-28
Also published as: CH641897A5; DK151000B; JPS54135474A; DK72778A; GB2017308A; DK151000C; GB2017308B; US4384586A; DE2905807A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum fortlaufenden oder schrittweisen Überwachen des pH-Wertes des Plasmas oder des Blutes eines Patienten, der im folgenden der pH-Wert des Plasmas in vivo bezeichnet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In verschiedenen klinischen Situationen ist es von Be deutung, eine fortlaufende Information über den pH-Wert des Plasmas des Patienten in vivo über eine Zeitspanne zu erhalten. Es ist beispielsweise bekannt, daß Kinder selten einen Abfall des pH-Wertes des Plasmas in vivo auf unter 6,8 überleben und das alles in allem eine Ab nahme des pH-Wertes viele bezeichnende Wirkungen ein schließlich der Stimulierung der peripheren und zentralen Chemorezeptoren, einer Zunahme der Kaliumkonzentration im Plasma, einer Zunahme der Phosphatkonzentration im Plasma, einer Abnahme der intrazellularen Konzentration organischer Phosphate, einer beträchtlichen Zunahme der Adrenalin- und Noradrenalin-Konzentration im Plasma und einer Zunahme des Blutdruckes hat. Die Gefäßerweiterung im Gehirn, die wahrscheinlich auf einer Abnahme des pH- Wertes der extrazellularen Hirnflüssigkeit beruht, führt zu einer stärkeren Durchblutung im Gehirn und einem höheren intracranialen Druck mit Kopfschmerzen und schließlich dem Koma als Symptomen. Die Therapie im Falle von gefähr lich niedrigen pH-Werten ist beispielsweise die künstliche Ventilation. In den letzten Jahren wurden auch Natrium bicarbonatinfusionen benutzt, um einen gefährlich niedrigen pH-Wert bei Neugeborenen zu korrigieren. Ein zu hoher pH-Wert des Plasmas kann auch zu gefährlichen Zuständen führen und kann beispielsweise die Proteinbindung des Ca⁺⁺ erhöhen, was eine Abnahme des frei ionisierten Cal ziums zur Folge hat und zu Muskelflimmern und sogar zu Wundstarrkrampf führen kann.

Es ist bekannt, den pH-Wert des Plasmas eines Patienten in vivo dadurch zu überwachen, daß entweder Blutproben zu den gewünschten Zeitpunkten vom Patienten abgenommmen werden oder daß eine transkutane pH-Elektrode verwandt wird, wie sie in der US-PS 40 33 330 beschrieben wird. Es kann auch eine Meßkammer zum Ermitteln der elektro magnetischen Strahlung benutzt werden, wie sie in der US-PS 40 41 932 beschrieben wird. Bei dem ersten Verfahren ist es nur möglich, Momentaufnahmen für den Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe zu erhalten, wobei ein weiterer Nachteil darin zu sehen ist, daß der Patient jedesmal durch die Abnahme der Blutproben belastet wird. Die in den vorgenannten Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen erfordern es, die oberste Schicht der Haut dort zu entfernen, wo die Vorrichtungen angebracht werden sollen, was auch beträchtliche Beschwerden für den Patienten zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der es möglich ist, fortlaufend oder gegebenenfalls schrittweise den pH-Wert des Plasmas eines Patienten in vivo über eine bestimmte Zeitdauer zu überwachen, ohne daß es notwendig ist, Elektroden zu verwenden, die das Entfernen von Haut schichten erfordern, und ohne daß wiederholt Blutproben abgenommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Vorrichtung wird der Säure-Basen-Status des Patienten festgestellt, der im folgenden als Anfangs- Säure-Basen-Status bezeichnet wird, indem wenigstens eine Bestimmung an einer Blutprobe in vitro erfolgt, die vom Patienten abgenommen wird, und danach wird der pH-Wert des Plasmas des Patienten in vivo auf der Grundlage des in dieser Weise festgestellten Anfangs-Säure-Basen- Status und auf der Grundlage der fortlaufend oder schritt weise registrierten Ergebnisse einer nicht-invasiven Messung des tatsächlichen pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten bestimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, den pH-Wert des Plasmas eines Patienten in vivo fortlaufend oder schrittweise mit einer ausreichenden Genauigkeit über eine bestimmte Zeitdauer von in der Praxis mehreren Stunden zu überwachen, ohne daß es notwendig ist, Messungen an mehr als einer Blutprobe vom Patienten vorzunehmen. Dabei wird wenigstens eine Messung in vitro an einer Blutprobe verwandt, die vom Patienten abgenommen wird, um den Anfangs-Säure-Basen- Status des Patienten festzustellen. Die restlichen Be stimmungen des pH-Wertes in der folgenden Zeit erfolgen auf der Basis der Ergebnisse der nicht-invasiven Mes sung des tatsächlichen pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten, da in der im folgenden mehr im einzelnen beschrie benen Weise die Tatsache ausgenutzt wird, daß dann, wenn der Säure-Basen-Status des Patienten einmal bestimmt ist, der pH-Wert für eine beträchtliche Zeit dauer danach auf der Basis des pCO₂-Wertes des Blutes ausgedrückt werden kann.

Vorrichtungen zur nicht-invasiven, insbesondere zur transkutanen Bestimmung des pCO₂-Wertes des Blutes, d. h. des Partialdruckes von CO₂ im Blut, sind bereits ent wickelt worden und werden laufend entwickelt. Geeignete Sensoren für eine relativ beschwerdefreie transkutane Bestimmung des pCO₂-Wertes sind pCO₂-Elektroden, die auf eine Temperatur oberhalb der Hauttemperatur erwärmt werden und die dann, wenn sie auf die Haut aufgebracht werden, die Haut im Meßbereich erwärmen, wie es beispiels weise aus Anesthesiology, Bd. 21, Nr. 6. November/Dezember 1960, Seite 717-726, insbesondere 722, Anaesthesist 22, 379-380 (1973), Journal of Applied Physiology, 41, Nr. 3, September 1976, 442-447 und The Lancet, 7. Mai 1977, 982-983 bekannt ist. Es sind auch andere nicht- invasive Verfahren zur Bestimmung des pCO₂-Wertes des Blutes eines Patienten, beispielsweise aus der US-PS 40 05 700 bekannt, aus der die Anwendung der Massenspek trometrie auf Gas im Gleichgewicht mit erwärmter Haut zu entnehmen ist.

In vielen Arbeiten sind die Säure-Basen-Verhältnisse des Blutes, insbesondere des menschlichen Blutes untersucht worden und sind umfangreiche Sammlungen von Parameter sätzen, beispielsweise in Form von Tabletten, Algorith men, Computerprogrammen, Nomogrammen und Kurvenmono grammen entwickelt worden. Mit diesen Parametersätzen können aus einem gegebenen Parametersatz für eine Blut probe, beispielsweise aus dem pH-Wert, dem pCO₂-Wert und der Hämoglobinkonzentration die anderen Parameterwerte einschließlich beispielsweise der Bicarbonatkonzentration im Plasma, dem tatsächlichen Basen-Überschuß des Blutes und, vorausgesetzt daß die Sauerstoffsättigung, die im folgenden definiert wird, bekannt ist, auch der Basen-Überschuß des vollständig mit Sauerstoff angerei cherten Blutes, die Pufferbase des Blutes und der Stan dard-Bicarbonatwert bestimmt werden.

Eine Übersicht im einzelnen über den Säure-Basen-Status des Blutes ist in Ole Siggaard-Andersen "The Acid-Base Status of the Blood" 4. Ausgabe, Munksgaard, Copenhagen 1974, S. 175-181 enthalten, eine Arbeit, die gleichzeitig durch William & Wilkins Company, Baltimore, USA, herausgegeben worden ist. In dieser Druckschrift sind die ver schiedenen geeigneten Parameterbeziehungen in Form von Gleichungen, Nomogrammen und Kurvennomogrammen angegeben und gleichfalls andere Parameterbeziehungen erwähnt, die von anderen Autoren angegeben werden.

Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang der sogenannte Säure-Basen-Status, der grundsätzlich bestimmt ist, wenn wenigstens Säure-Basen-Werte für die extra zellulare Flüssigkeit des Patienten bestimmt sind, die im typischen Fall der pH-Wert und der pCO₂-Wert des arteriellen Blutes sind. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff des Säure-Basen-Status des Patienten ein Satz von zusammenhängenden Werten für den pH-Wert und den pCO₂- Wert des arteriellen Blutes des Patienten oder mit einer ausreichenden Annäherung des arterialisierten kapillaren Blutes beispielsweise vom Ohrläppchen zu verstehen. Dementsprechend kann der Säure-Basen-Status des Patienten dadurch bestimmt werden, daß der pH-Wert und der pCO₂-Wert an einer arteriellen Blutprobe oder an einer kapillaren Blutprobe vom Patienten bestimmt werden, wenn die Blutprobe abgenommen und unter anaeroben Be dingungen auf die Meßvorrichutng übertragen wurde.

Es hat sich empirisch bestätigt und es wird theoretisch gestützt, daß der Säure-Basen-Status des Patienten aus gedrückt in Form zusammenhängender Wert des pH-Wertes und des pCO₂-Wertes sich immer nach einer bestimmten Beziehung ändern wird, solange der Patient keinen we sentlichen chemischen Austausch mit der Umgebung außer durch die Atmung hat. Diese Verhältnisse liegen nur in den seltenen und leicht nachweisbaren Fällen nicht vor, in denen der Patient abnormen Stoffwechselstörungen, beispielsweise im Falle der Diabetes, ausgesetzt ist. Das beruht in vereinfachter Weise auf der Tatsache, daß Änderungen im pCO₂-Wert, beispielsweise durch die Atmungen, zu Änderungen des pH-Wertes führen, ohne die Kon zentration der kohlenstoff-freien Säure oder Base zu be einflussen. Das heißt mit anderen Worten, daß für eine gegebene Konzentration der kohlenstoff-freien Säure oder Base ein bestimmter pH-Wert einem gegebenen pCO₂-Wert entspricht. Beträchtliche Änderungen in der Beziehung zwischen dem pCO₂-Wert und dem pH-Wert entstehen dann, wenn der Patient einen chemischen Austausch mit der Um gebung in anderer Weise als durch die Atmung, beispiels weise über eine Bluttransfusion, hat. Wenn derart be trächtliche Änderungen jedoch nicht auftreten, bleibt die Beziehung zwischen dem pCO₂-Wert und dem pH-Wert über die Dauer von mehreren Stunden in der Praxis bis zu 3 bis 10 Stunden bestehen, eine Tatsache, die in der er findungsgemäßen Vorrichtung ausgenutzt wird. Kleinere Ände rungen in der Beziehung zwischen dem pCO₂-Wert und dem pH-Wert können auf Grund von Änderungen in der Sauerstoff sättigung auftreten, die im folgenden definiert wird. In der Praxis sind diese Abweichungen auf Grund von Ände rungen der Sauerstoffsättigung so klein, daß sie in den meisten Fällen vernachlässigbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es jedoch auch, diese Abweichungen zu berücksichtigen.

Auf der Grundlage der obigen Ausführungen ist es ver ständlich, daß dann, wenn der Säure-Basen-Status des Patienten festgestellt ist, eine eindeutige Beziehung zwischen dem pH-Wert und dem pCO₂-Wert für eine beträcht liche Zeitdauer in der Praxis besteht. Unter Verwendung der Parameterbeziehung zwischen dem pCO₂-Wert und dem pH-Wert können die registrierten Ergebnisse der Messung des pCO₂-Wertes in Form der pH-Werte ausgedrückt werden.

In allen Arbeiten wird nicht genau dieselbe Beziehung zwischen den Blutparametern angegeben und eine vollständig absolute Parameterbeziehung, die unbestritten für alle Patienten richtig ist, kann kaum gegeben werden. Die verschiedenen vorgeschlagenen Parameterbeziehungen werden daher als Approximationen angesehen, die ihre Anwendbarkeit und ihre ausreichende Genauigkeit bei der Anwendung zeigen müssen. Werte, die durch Definition festgelegt sind, bilden einen Teil der Parameterbeziehungen und deren Berechnungen für gegebene Parameter in ge gebenen Beziehungen, und diese Werte können von Autor zu Autor abweichen. Grundsätzlich kann jede beliebige Para meterbeziehung, die sich als klinisch anwendbar heraus gestellt hat, beim Gebrauch der erfindungsgemäßen Vor richtung verwandt werden, um den transkutan gemessenen pCO₂-Wert in einen pH-Wert zu übersetzen, gleichgültig ob diese Para meterbeziehung in Form von Gleichungen, Nomogrammen, Kurvennomogrammen oder Computerprogrammen ausgedrückt wird. In Verbindung mit der folgenden Darstellung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichutng wird jedoch auf die Parameterbeziehungen Bezug genommen, die von Ole Siggaard-Andersen in der obigen Veröffentlichung angegeben sind und die allgemein akzeptiert sind.

Es wird der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten bei wenigstens einer Messung in vitro an einer Blut probe festgestellt, die dem Patienten abgenommen wird. Wie es oben erwähnt wurde, liefert eine Bestimmung des pH-Wertes und des pCO₂-Wertes in einer anaerob abge nommenen arteriellen oder kapillaren Blutprobe vom Patienten den Säure-Basen-Status des Patienten.

Die Bestimmung des pH-Wertes und des pCO₂-Wertes an einer anaerob übertragenen arteriellen oder kapillaren Blut probe vom Patienten erfolgt mittels eines pH-Wertwandlers bzw. eines pCO₂-Wertwandlers. Diese Wandler können Elektroden der an sich bekannten Art sein, die vorher geeicht sind, so daß sie bei der Messung die wahren Werte für den pH-Wert und den pCO₂-Wert anzeigen. Um den An fangs-Säure-Basen-Status des Patienten festzustellen, ist es ausreichend, eine dieser Messungen in vitro an einer anaerob übertragenen arteriellen Blutprobe vom Patienten, d. h. in der Praxis die Messung des pH-Wertes durchzuführen. Der andere Wert, der in der Praxis der pCO₂-Wert ist, kann anstatt aus der Blutprobe aus einer nicht-invasiven Messung gewonnen werden, die am Patienten mit einem geeichten Wandler gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe durchgeführt wird.

Vorzugsweise erfolgt eine Messung des pCO₂-Wertes in vitro an einer anaerob übertragenen arteriellen oder kapillaren Blutprobe selbst dann, wenn eine Messung in vivo, d. h. eine nicht-invasive Messung des pCO₂-Wertes gleichzeitig mit der Abnahme der Blut probe erfolgt ist. Für die Messung des pCO₂-Wertes in vitro wird ein geeichter pCO₂-Wandler, beispielsweise eine geeichte pCO₂-Meßelektrode verwandt. Der Unter schied zwischen dem in vitro gemessenen und dem in vivo gemessenen pCO₂-Wert kann direkt zum Eichen der Vorrichtung zum Messen des pCO₂-Wertes in vivo in der Stellung ausgenutzt werden, in der sie sich zur Messung befindet, wobei der Ablesewert oder der Registrierwert der Vorrich tung zum Messen des pCO₂-Wertes in vivo auf der Basis dieses Unterschiedes korrigiert wird.

Es sind jedoch nicht einmal Messungen an einer anaerob übertragenen arteriellen oder kapillaren Blutprobe vom Patienten erforderlich. Der anfängliche Säure-Basen-Status kann auch auf der Grundlage einer nicht anaerob übertragenen Blutprobe festgestellt werden, gleichgültig ob es eine arterielle, eine kapillare oder eine venöse Blutprobe ist. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, ausreichende Blutpara meter zum Bestimmen des pH-Wertes, des pCO₂-Wertes und des Hämoglobingehaltes der Probe zu messen, was in der Praxis gewöhnlich bedeutet, daß der pH-Wert und der pCO₂-Wert der Probe und ein weiterer Blutparameter ge messen werden, der entweder der Hämoglobingehalt oder ein anderer Blutparameter ist, der eine Funktion des Hämoglobingehaltes ist. Der Hämoglobingehalt kann auch annähernd als 9,3 mMol/Liter festgelegt werden. Für die Bestimmung des Säure-Basen-Status ist auch das Ergebnis einer Messung des tatsächlichen pH-Wertes und pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten notwendig, die gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe durchgeführt wird, was in der Praxis eine nicht invasive Messung des pCO₂- Wertes mit einem geeichten Meßinstrument für den pCO₂- Wert ist. Mit diesen Parametersätzen und unter Verwen dung bekannter Parameterbeziehungen für den Säure- Basen-Status des Blutes in vitro, beispielsweise der von Ole Siggaard-Andersen in der oben beschriebenen Ver öffentlichung angegebenen Beziehungen, ist es möglich, den Säure-Basen-Status des Patienten zu dem Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe zu bestimmen.

Diese Bestimmung des Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten kann grundsätzlich dadurch erfolgen, daß auf der Grundlage der Hämoglobinmessung oder des als Annäherung festgelegten Hämoglobingehaltes von 9,3 mMol/Liter und der zusammenhängenden Werte für den pH-Wert und den pCO₂-Wert, die an der Blutprobe gemessen wurden, die Funktion bestimmt wird, nach der sich die zusammenhängenden Werte für den pH-Wert und den pCO₂-Wert für die frag liche Blutprobe ändern, und daß anschließend der zum Zeit punkt der Abnahme der Blutprobe gemessene pCO₂-Wert ein gesetzt und der entsprechende pH-Wert ermittelt wird. Die fraglichen Berechnungen können unter Verwendung der oben erwähnten Parameterbeziehungen in Form von Gleichungen, Computergrogrammen, Nomogrammen oder Kurvennomogrammen ausgeführt werden. Diese Ermittlung des Säure-Basen- Status des Patienten ist in den meisten Fällen ausreichend genau.

Wenn der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten auf der Grundlage einer nicht anaerob abgenommenen Blutprobe bestimmt wird, ergibt sich eine größere Genauigkeit, wenn mögliche Unterschiede zwischen der Sauerstoffsättigung in der Blutprobe zum Zeitpunkt der Messung in vitro und der Sauerstoffsättigung zum Zeitpunkt der Abnahme der Probe korrigiert werden.

Die Sauerstoffsättigung ist als das Verhältnis zwischen dem mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobin und der Summe des mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobins zuzuüglich des Hämoglobins ohne Sauerstoff definiert und kann bei spielsweise photometrisch mit Hilfe eines sogenannten Oxymeters gemessen oder auf der Grundlage einer Messung des pO₂-Wertes bestimmt werden. Wenn mögliche Unter schiede in der Sauerstoffsättigung zwischen dem Blut des Patienten zum Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe und der Blutprobe in dem Zustand korrigiert werden sollen, im dem sie der Messung in vitro ausgesetzt wird, ist es notwendig, das Ergebnis einer Messung des pO₂-Wertes oder einer Sättigungsmessung, die vorzugsweise am Pa tienten in nicht-invasiver Weise zum Zeitpunkt der Ab nahme der Blutprobe erfolgt, zusammen mit dem Ergebnis einer entsprechenden Bestimmung der Sauerstoffsättigung, d. h. entweder den Wert einer pO₂-Messung oder den Meß wert einer photometrischen Meßvorrichtung zu verwenden, wobei diese Messungen gleichzeitig mit der Bestimmung des pH-Wertes und des pCO₂-Wertes an der Blutprobe er folgen. Grundsätzlich kann die Korrektur des Säure- Basen-Status des Patienten zur Kompensation von Unterschieden zwischen der Sauerstoffsättigung der nicht anaerob übertragenen Blutprobe und der Sauerstoffsättigung zum Zeitpunkt der Übertragung dadurch erfolgen, daß auf der Grundlage des Unterschiedes der Sauerstoffsättigung die Kurve für die zusammenhängenden Werte des pH-Wertes und des pCO₂-Wertes verschoben wird und der zum Zeit punkt der Abnahme der Blutprobe gemessene pCO₂-Wert in die verschobene Kurve eingestzt und der entsprechende pH-Wert abgelesen wird. Wie es bereits erwähnt wurde, wird die Korrektur der Sättigung in der Praxis relativ klein sein, wie es sich aus den später angegebenen Bei spielen ergeben wird.

Unabhängig davon, in welcher Weise der Anfangs-Säure- Basen-Status des Patienten bestimmt wird, kann es aus Gründen der Genauigkeit wünschenswert sein, fortlaufen mögliche Änderungen der Sauerstoffsättigung zu be rücksichtigen. Das macht es natürlich notwendig, daß die Anfangs-Sauerstoffsättigung bestimmt wird, was für die anaerob übertragene arterielle oder kapillare Blut probe einfach über eine photometrische Messung oder eine Messung des pO₂-Wertes an der Blutprobe erfolgt. Wenn der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten nach einem der oben beschriebenen Verfahren bestimmt ist, erfolgt die weitere Überwachung des pH-Wertes erfindungsgemäß auf der Grundlage des in dieser Weise festgestellten An fangs-Säure-Basen-Status und auf der Grundlage der fort laufend oder schrittweise registrierten Ergebnisse einer nicht-invasiven Messung des tatsächlichen pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten. Auch in diesem Zusammenhang werden akzeptierte Parameterbeziehungen verwandt, die Bedingung ist die, daß die Funktion, die für die zusam menhängenden Werte des extrazellularen pH-Wertes und des extrazellularen pCO₂-Wertes des Patienten, d. h. die so genannte CO₂-Gleichgewichtslinie in vivo oder die Basen- Überschußlinie bei unveränderter Sauerstoffsättigung den Anfangs-Säure-Basen-Status als Funktionswert enthält. Diese Funktion ist in einer geeigneten Darstellung im wesentlichen eine gerade Linie. Da ein Punkt dieser Linie als Anfangs-Säure-Basen-Statuts des Patienten in der oben beschriebenen Weise festgelegt ist, ist es nur erforder lich, die Steigung für die weitere Anwendung zu bestimmen. Das kann unter Verwendung von empirischen oder definierten Werten, beispielsweise eines definierten Wertes von 3,7 mMol/Liter für die Hämoglobinkonzentration in vivo erfolgen. Die später angegebenen Beispiele zeigen ver schiedene Verfahren, die Basen-Überschußlinie des Patienten in vivo zu bestimmen.

Bei der weiteren Überwachung des Patienten wird der pH-Wert jedesmal auf der Grundlage der fortlaufend oder schrittweise registrierten Ergebnisse der nicht inva siven Messung des pCO₂-Wertes des Blutes mittels der in dieser Weise festgelegten Basen-Überschußlinie be stimmt. Statt des fraglichen registrierten pCO₂-Wertes wird immer der entsprechende pH-Wert abgelesen. Daß der pH-Wert abgelesen wird, ist nicht wörtlich zu verstehen, in der Praxis weisen die Wandlervorrichtungen gewöhnlich statt Kurven und Kurvensensoren elektronische Rechner auf, in denen die fraglichen Parameterbeziehungen vor programmiert sind. Um die größte Genauigkeit zu erhalten, können auch Änderungen in der Sauerstoffsättigung mit Hilfe eines nicht invasiven Wandlers, beispielsweise mit Hilfe einer nicht-invasiven pO₂-Elektrode oder einem Ohr oxymeter überwacht werden. Wenn sich die Sauerstoffsätti gung ändert, wird die Basen-Überschußlinie entsprechend verschoben.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Eingang für die Signale, die das Ergebnis einer nicht-invasiven Messung des pCO₂- Wertes wiedergeben, und einen Eingang auf, an dem weni stens ein Blutparameter liegt, der durch eine Messung in vitro an einer Blutprobe bestimmt wird, und ist weiterhin mit einer Registriereinrichtung für den pH-Wert versehen, die über eine Wandlereinrichtung mit dem ersten Eingang verbunden ist, wobei die Wandlereinrichtung die empfangenen pCO₂-Signale in pH-Wert-Einheiten als Funktion eines Parametersatzes umwandeln kann, der der Wandlereinheit eingegeben ist und der einen Anfangs-Säure-Basen-Status wiedergibt, sowie wenigstens einen Blutparameter umfaßt, der durch eine Messung in vitro bestimmt wird und über den zweiten Eingang eingegeben wird.

Die Übertragungseinheit einer derartigen Vorrichtung ist in der Praxis vorzugsweise ein Mikrocomputer, der einen ausreichenden Speicher für diesen Zweck hat und in den die Parameterbeziehungen, ausgedrückt beispielsweise in Gleichungen (s. die später angegebenen Beispiele), eingegeben sind. Der Mikrocomputer bildet bei einem be stimmten eingegebenen Parametersatz, der den Anfangs- Säure-Basen-Status wiedergibt, die Steigung der Basen- Überschußlinie durch den Punkt, der diesem Säure-Basen- Status entspricht, und wandelt danach die gemessenen pCO₂- Werte um und drückt diese Werte als pH-Werte aus. In dem speziellen Fall, in dem bei diesen Umwandlungen die Sauer stoffsättigung oder Unterschiede in der Sauerstoffsätti gung vernachlässigt werden, kann die Wandlereinheit und ihre Programmierung besonders einfach sein, da in diesem Fall alle Basen-Überschußlinien mit einer ausreichenden Annäherung auf einen einzigen Punkt zusammenlaufen, wie es im Beispiel 4d dargestellt ist.

Wie es im obigen erläutert wurde, kann der Parametersatz, der einen Anfangs-Säure-Basen-Status wiedergibt, in ver schiedener Weise gebildet werden. Jedenfalls umfaßt dieser Parametersatz wenigstens einen Blutparameter, der entweder der pH-Wert, der an einer Blutprobe vom Patienten be stimmt ist, oder ein Blutparameter ist, der eine Funktion dieses pH-Wertes ist, wie es oben beschrieben wurde. Der Parametersatz, der einen Anfangs-Säure-Basen- Status wiedergibt, kann vollständig in vitro an einer anaerob abgenommenen Blutprobe bestimmt werden. Der gesamte Parametersatz, der diesen Säure-Basen-Status wiedergibt, wird über den passenden Eingang der Wandlereinheit ein gegeben. Aus dem obigen ergibt sich, daß es auch möglich ist, den Parametersatz, der den Anfangs-Säure-Basen-Status wiedergibt, dadurch zu bilden, daß sowohl einer als auch mehrere in vitro gemessene Blutparameter und ein Meßwert einer nicht-invasiven Messung, gewöhnlich des pCO₂-Wertes und möglicherweise des pO₂-Wertes oder der Sauerstoffsättigung, verwandt werden, wobei diese Messungen gleichzeitig mit der fraglichen Abnahme der Blutprobe erfolgen. In diesem Fall erfolgt die Festlegung des Anfangs-Säure-Basen-Status durch die Wandlereinheit auf der Grundlage teilweise des in vitro-Eingangs und teil weise des in vivo-Eingangs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in geeigneter Weise in Verbindung mit dem in vitro-Eingang mit einer Einheit versehen, die die Blutparameter oder den Blutparameter, die, beziehungsweise der in vitro bestimmt wurde, eingibt, um den Anfangs-Säure-Basen-Status festzulegen. Diese Einheit kann beispielsweise eine pH-Wert-Meßwerteinrichtung herkömmlicher Art zum Eingeben eines in vitro gemessenen pH-Wertes, oder eine Blutgas-Meßeinrichtung sein, von der ein in vitro gemessener pH-Wert und je nach dem Aufbau und der Auslegung der Blutgas-Maßeinrichtung andere in vitro ge messene Blutparameter, die zur Bildung des Anfangs-Säure- Basen-Status notwendig sein können, beispielsweise der in vitro gemessene pO₂-Wert, der in vitro gemessene Hämoglobingehalt und der in vitro gemessene pO₂-Wert eingegeben werden können. Die Einheit kann auch einfach eine Tastatur sein, die zusätzlich zum pH-Wert irgend einen gewünschten in vitro gemessenen Blutparameter oder einen Blutparametersatz einschließlich eines kompletten Anfangs-Säure-Basen-Status eingeben kann, der durch eine separate Einrichtung bestimmt wird. Die Vorrichtung kann auch sowohl mit einer Meßeinheit, beispielsweise einer pH-Wert-Meßwerteinrichtung oder einer Blutgas-Meßeinrichtung und einer Tastatur ausgerüstet sein, wobei die Tastatur dann dazu dient, Parameter einzugeben, die mit der Meß einheit nicht gemessen werden können oder die in der speziellen Situation an der Meßeinheit nicht gemessen werden.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen Vorrichtung weist neben der Registrier einheit für den pH-Wert eine Registriereinheit für den pCO₂-Wert auf, die in Verbindung mit dem Eingang für die Signale steht, die die Ergebnisse einer nicht inva siven Messung des pCO₂-Wertes wiedergeben, so daß die invasiv gemessenen pCO₂-Werte an der Vorrichtung abge lesen werden können. Wenn es wünschenswert ist, die Sauerstoffsättigung zu berücksichtigen, weist die Vor richtung vorzugsweise einen Eingang für die Signale auf, die die Ergebnisse einer nicht invasiven Messung des pO₂-Wertes oder einer Sauerstoffsättigungs-Messung wieder geben, und ist dieser Eingang mit der Wandlereinheit verbunden. Das ermöglicht es, das Ergebnis der nicht invasiven Messung des pO₂-Wertes oder der Sauerstoff sättigungsmessung in die Berechnung einzuschließen, die durch die Wandlereinheit erfolgt, wie es oben beschrieben wurde. Wenn die Vorrichtung einen Eingang für Signale von einer Messung des pO₂-Wertes in vivo aufweist, kann es wünschenswert sein, auch eine Registriereinheit für den pO₂-Wert in der Vorrichtung vorzusehen, die mit diesem Eingang verbunden ist, so daß eine Information über den gemessenen pO₂-Wert an der Vorrichtung abge lesen werden kann, oder die Vorrichtung diesen Wert als Ausgabewert abgibt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin eine Synchro nisiereinheit vorgesehen, die dann, wenn sie aktiviert wird, in der Wandlereinheit den nicht invasiv gemessenen pCO₂-Wert zum Aktivierungszeitpunkt und, falls die Vorrichtung auch einen Eingang für eine nicht invasive pO₂-Elektrode oder ein Ohroxymeter aufweist und für die fragliche Messung auch die Sauerstoffsättigung be rücksichtigt werden soll, auch den nicht invasiv ge messenen pO₂-Wert oder den Sauerstoffsättigungswert speichert, der zum Aktivierungszeitpunkt registriert wird. Wenn diese Synchronisiereinheit zu dem Zeitpunkt aktiviert wird, an dem eine Blutprobe vom Patienten ab genommen wird, ist es sichergestellt, daß der anfängliche, nicht-invasiv gemessene pCO₂-Wert und gegebenenfalls der pO₂-Wert oder der Sättigungswert, die in der Wandlereinheit gespeichert sind, diejenigen Werte, die genau zum Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe vorliegen und somit diejenigen Werte sind, auf die für die vitro-Messung Bezug zu nehmen ist. Das trifft auf alle Fälle zu, in denen die in vitro-Messung mit einer in vivo-Messung zu kombinieren ist, die gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe erfolgt. Das heißt mit anderen Worten, daß das beispielsweise für den Fall zutrifft, in dem die in vitro-Messung an einer nicht anaerob übertragenen Blutprobe erfolgt oder in dem die in vitro-Messung an einer anaerob übertragenen Blutprobe nicht den vollstän digen Parametersatz umfaßt, der den Säure-Basen-Status wiedergibt. Eine Synchronisation zwischen der Abnahme der Blutprobe und der nicht-invasiven Messung ist auch dann wünschenswert, wenn die Sauerstoffsättigung be rücksichtigt werden soll und die Anfangs-Sauerstoff sättigung auf der Grundlage einer nicht-invasiven Messung des pO₂-Wertes oder einer Sauerstoffsättigungsmessung bestimmt wird. Eine weitere Anwendung der Synchronisation zwischen der Abnahme der Blutprobe und der nicht-inva siven Messung ist die Eichung des nicht-invasiven Wand lers. Beispielsweise kann das Signal des pH-Wert-Meßin struments aus einer Anfangsmessung anf einer anaerob übertragenen arteriellen oder kapillaren Blutprobe zu sammen mit dem gleichzeitig auftretenden Signal vom nicht-invasiven pCO₂-Wandler einfach für eine automatische Eichung der Ausgabe des nicht-invasiven pCO₂-Wand lers durch die Wandlereinheit ausgedrückt als pH-Wert verwandt werden. Eine andere Eichungsmöglichkeit dieser Art besteht darin, daß ein anfänglich bestimmter pH-Wert, der zum Säure-Basen-Status des Patienten gehört, mittels der Tastatur in die Registriereinrichtung der Vorrich tung für den pH-Wert eingegeben oder auf diese Einrich tung übertragen wird. Die Synchronisiereinheit kann in ihrer einfachsten Ausführungsform ein Bedienungsknopf sein, der sich an der Vorrichtung befindet und von Hand aus zum Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe betätigt wird. Die Synchronisiereinheit kann auch einen Eingang aufweisen, der über eine elektrische Leitung oder ein Kabel mit einem Bedienungsknopf in Verbindung steht, der sich an einer Blutprobenabnahmestation befindet und von Hand be tätigbar ist, oder mit einem Wandler in Verbindung steht, der mit der Blutprobenabnahmevorrichtung verbunden ist, wobei der Wandler automatisch aktiviert wird, wenn die Abnahme der Blutprobe erfolgt.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht darin, fortlaufend oder schrittweise den pH-Wert des Plasmas eines Patienten in vivo zu überwachen oder auf zuzeichnen, wobei der Säure-Basen-Status des Patienten dadurch gebildet wird, daß wenigstens eine Messung an einer Blutprobe vom Patienten in vitro erfolgt und daß für eine Zeitdauer von einigen Stunden danach der pH-Wert des Plasmas des Patienten in vivo auf der Grundlage dieses anfänglichen Säure-Basen-Status und auf der Grundlage der Ergebnisse von nicht-invasiven Messungen des tatsächlichen pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten bestimmt wird.

Im folgenden werden an Hand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 bis 6 zeigen Kurvennomogramme zur Darstellung der Ermittlung der Werte bei den folgenden Beispielen.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 bis 6 werden mehr im einzelnen in Verbin dung mit den später angegebenen Beispielen beschrieben.

In Fig. 7 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, enthaltend eine Kontroll- und Anzeigeeinrichtung, die von Bausteinen 10 und 21 gebildet wird. Der Baustein 10 weist einen Eingangsteil 11 auf, der bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel mit einer Registriereinheit 15 für den pCO₂-Wert versehen ist, die beispielsweise eine digitale Anzeige liefert, über einen nicht dargestellten Verstärker mit einem Eingang 13 a für die Signale von einer nicht-invasiven pCO₂-Fließeinrichtung 13 in Verbindung steht, die als erwärmte pCO₂-Elektrode dargestellt ist, und die den nicht-invasiv gemessenen pCO₂-Wert anzeigt, der mit "T_C-pCO₂" bezeichnet ist. Der Eingangsteil 11 kann eine zusätzliche Registriereinheit 16 für den pO₂-Wert enthalten, die eine Anzeige beispielsweise in digitaler Form liefert und die in entsprechender Weise über einen Verstärker mit einem Eingang 14 a für Signale von einer nicht-invasiven pO₂-Meßeinrichtung 14 in Verbindung steht, die als erwärmte pO₂-Elektrode dargestellt ist. Der nicht-invasiv gemessenen pO₂-Wert ist mit "T_C-pO₂" bezeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Baustein 10 weiterhin eine Registriereinheit 17 für den pH-Wert, bei spielsweise mit einer digitalen Anzeige auf, die den berechneten pH-Wert in vivo anzeigt, der mit "in vivo pH" bezeichnet ist. Alternativ oder zusätzlich zu den Registriereinheiten 15, 16 und 17 kann der Baustein einen Drucker 18 aufweisen, der über eine Leitung 18 a mit den jeweiligen Registriereinheiten in Verbindung steht. Der Baustein kann auch irgendeine andere Registriereinheit, beispielsweise eine Zentralregistrier- und Speicher einheit 19 geeigneter Art aufweisen, die beispiels weise mehrere derartige Vorrichtungen bedienen kann und die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Registriereinheiten 15, 16 und 17 über eine Leitung 19 a in Verbindung steht. Der Eingangsteil 11 liefert über eine Verbin dungsleitung 20 Signale, vorzugsweise in digitaler Form, die den nicht-invasiv gemessenen pCO₂-Wert wiedergeben und, falls eine nicht-invasive Messung des pO₂-Wertes erfolgt, und Signale über eine Verbindungsleitung 32 gleich falls vorzugsweise in digitaler Form, die den nicht in vasiv gemessenen pO₂-Wert wiedergeben, zu einem Schnitt stellenteil 22 einer Wandlereinrichtung, die den zweiten Baustein 21 bildet. Der Schnittstellenteil 22 ist mit einem Eingang 25 a und/oder 27 a zur Eingabe der in vitro gemessenen Parameter versehen, wobei der Eingang 25 a über eine Verbindungsleitung 25 mit einer von Hand betätigten Tastatur 24 in Verbindung steht, mit der ein in vitro gemessener Blutparameter eingebbar ist, während der Eingang 27 a über eine Verbindungs leitung 27 mit einer pH-Wert-Meßeinrichtung oder einer Blut gasmeßeinrichtung 26 in Verbindung steht.

Der Schnittstellenteil 22 ist gleichfalls mit einer Synchro nisiereinheit ausgerüstet, die ein von Hand betätigter Bedienungsknopf 28 oder ein geeigneter Wandler oder Fern steuerknopf 29 sein kann, der über eine Verbindungslei tung 30 mit dem Schnittstellenteil 22 in Verbindung steht. Der Schnittstellenteil 22 ist mit einem Computerteil 23 der Wandlereinheit 21 verbunden, die über eine Verbin dungsleitung 21 mit der Registriereinheit 17 für den pH-Wert in vivo in Verbindung steht.

In der Praxis wird die Auslegung der einzelnen Bausteine und das Ausmaß, in dem sie zusammengebaut sind, durch die speziellen Möglichkeiten und Umstände am Ort der Verwendung diktiert. Eine geeignete Vorrichtung für viele der in Frage kommenden Verwendungszwecke weist einen Baustein 10 auf, der mit der Wandlereinheit 21 zusammengebaut ist und mit einer Tastatur 24 ausgerüstet ist. Eine derartige Vorrichtung kann je nach dem Ver wendungszweck nur die pCO₂-Meßeinrichtung 13 als transkutane Meßeinrichtung oder sowohl die pCO₂-Meßeinrichtung 13 als auch die pO₂-Meßeinrichtung 14 aufweisen. Die Vorrichtung aus den Bausteinen 10 und 21 kann auch mit der Blutgas-Meß einrichtung 26 oder einer pH-Wert-Meßeinrichtung zusam mengebaut sein oder in geeigneter Weise einfach mit dem Eingang 27 a zur Direktübertragung der Meßergebnisse von einer pH-Wert-Meßeinrichtung oder einer Blutgas-Meßein richtung versehen sein. Bei einem anderen Ausführungs beispiel kann die Wandlereinheit 21 mit einer Registrier einheit 17 a für den pH-Wert in vivo mit beispielsweise digitaler Anzeige und/oder einem Drucker 18′ oder einer anderen Registriereinheit 19′ zusammengebaut sein, die über Verbindungsleitungen 18′ a oder 19′ a je weils mit der Registriereinheit 17 a verbunden ist. Der Com puterteil 23 steht in diesem Fall mit der Registrierein heit 17 a für den pH-Wert über eine Verbindungsleitung 31 a in Verbindung. Dieser Zusammenbau der Baugruppen kann für größere Anlagen zweckmäßig sein, bei denen eine zentrale Wandler- und Registriereinheit, die die pH- Werte in vivo berechnet, für eine Anzahl von einzelnen nicht invasiven pCO₂-Registriereinheiten dient, von denen jede eine nicht invasive Meßeinrichtung 13 und einen Eingangsteil 11 mit Verstärker usw. aufweist, der in diesem Fall nicht mit einer Anzeige ausgerüstet ist. Eine Vorrichtung aus der Wandlereinheit 21 und der Registriereinheit 17 a für den pH-Wert kann auch eine zweckmäßige Ergänzung für eine bereits bestehende nicht invasive pCO₂-Wert-Meßvorrichtung sein.

Im folgenden wird die Erfindung an weiteren Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 zeigt die Verwendung eines Kurvennomogramms, insbesondere in Verbindung mit der Festlegung des An fangs-Säure-Basen-Status des Patienten aus in vitro- Messungen an einer nicht anaerob übertragenen Blutprobe.

Beispiel 2 zeigt dieselbe Art der Bestimmung jedoch in diesem Fall über eine Berechnung. Beispiel 3 zeigt die verschiedenen Bestimmungsmöglichkeiten des Anfangs-Säure- Basen-Status des Patienten.

Beispiel 4 zeigt die Verwendung des Säure-Basen-Status des Patienten zur Bildung der in vivo-Basenüberschuß linie, teilweise unter Verwendung eines Nomogramms und teilweise mittels einer Berechnung, sowie die Verwendung der in vivo Basen-Überschußlinie zur Bestimmung des pH- Wertes des Plasmas in vivo unter Verwendung der Ergeb nisse von nicht invasiven Messungen des tatsächlichen pCO₂-Wertes des Blutes des Patienten.

In Verbindung mit den Beispielen werden die folgenden Definitionen benutzt:

Tatsächlicher Basen-Überschuß (ABE)

Der Unterschied in der Konzentration der starken Base im Blut zwischen der tatsächlichen Blutprobe einerseits und derselben Blutprobe titriert mit einer starken Base oder Säure auf einen pH-Wert 7,4 mit einem pCO₂-Wert von 40 mmHg und bei einer Temperatur von 37 Grad C an dererseits. Die Titrierung erfolgt bei einer konstanten Sauerstoffsättigung, die gleich der Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes der Person ist.

Basen-Überschuß (BE)

Dieselbe Definition wie beim ABE, wobei die Titration bei vollständiger Sauerstoffsättigung erfolgt.

In vivo Basen-Überschuß (SBE)

Dieselbe Definition wie beim ABE, jedoch mit einer festen Standard-Hämoglobinkonzentration von 3,7 mMol/Liter.

Sättigung (Sat.)

wobei HbO₂ die Konzentration des mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobins ist und Hb die Konzentration des Hämoglobins ohne Sauerstoff bezeichnet.

Puffer-Base (BB)

Angabe der Konzentration der Pufferanionen im Blut, wenn das gesamte Hämoglobin als HbO₂ vorliegt.

Normal Puffer-Base (NBB)

Pufferbase-Wert des Blutes mit einem pH-Wert von 7,40, einem pCO₂-Wert von 40 mmHg und bei einer Temperatur von 37 Grad C.

NBB = 41,7 + 0,68 × Hb mMol/Liter (1)

Tatsächliche Puffer-Base (ABB)

Puffer-Base-Wert bei der tatsächlichen Sauerstoffsättigung. Dieser Wert wird nur als Rechenwert verwandt.

ABB = BB + 0,31 × Hb (1 - Sat) mMol/Liter (2)

Daneben bestehen die folgenden Beziehungen zwischen den oben erwähnten Werten:

BE = BB - NBB = BB - (41,7 + 0,68 × Hb) mMol/Liter (3)
ABE = BE + 0,31 × Hb (1 - Sat) mMol/Liter (4)
ABB - ABE = NBB mMol/Liter (5)

Beispiel 1

Mit Hilfe einer Blutgas-Meßeinrichtung (Radiometer ABL2) wurden die folgenden Werte an einer nicht anaerob über tragenen Blutprobe gemessen:

pH= 7,2 pCO₂= 30 mmHg pO₂= 200 mmHg ∼ Sat = 1 Hb= 10 mMol/Liter

Gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe wurden die folgenden Werte transkutan am Patienten gemessen:

pCO₂= 50 mmHg pO₂= 37,3 mmHg ∼ Sat = 0,5

Auf der Grundlage dieser Parameter wurde der Anfangs- Säure-Basen-Status des Patienten mit maximaler Genauigkeit d. h. unter Berücksichtigung der Sauerstoffsättigung in der folgenden Weise bestimmt:

Zunächst wird ein Punkt (A) in dem Kurvennomogramm von Fig. 1 aufgetragen, der dem pH-Wert und den pCO₂-Wert der Blutprobe entspricht. Unter Verwendung des Hb-Wertes wird die Linie I von BE=0 bis BB=41,7+0,68×10=48,5 gemäß Gleichung (1) gezogen. Diese Linie wurde danach um dieselbe Anzahl von Einheiten entlang der BB- und BE-Kurven verschoben, bis sie durch den Punkt (A) geht (Linie II). Gleichung (5) ist dann erfüllt.

Anschließend wurde der Punkt (B) auf der Linie II aufge tragen, der dem transkutan gemessenen pCO₂-Wert ent spricht. Der pH-Wert an dieser Stelle beträgt 7,098. Der Punkt (B) gibt den Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten wieder, wenn der Sättigungsunterschied zwi schen dem Blut des Patienten und der nicht anaerob über tragenen Blutprobe nicht berücksichtigt wird. Eine Kor rektur dieses Sättigungsunterschiedes zum Erzielen eines genaueren Wertes erfolgt dadurch, daß die Basen-Über schußlinie II um den Betrag 0,31×10 (1-0,5)=1,55 entlang sowohl der BE-Kurve als auch der BB-Kurve ver schoben wurde (Gleichung 2 und 4). Das führte zu einer Linie III, die durch ABE=-14,1 und ABB=34,4 geht, während die Linie II durch ABE=BE=-15,7 und ABB=BB=32,8 geht. Auf der Linie III wurde dann der trans kutan gemessene pCO₂-Wert von 50 mmHg aufgetragen, wobei der PH-Wert an dem sich ergebenden Punkt (C) 7,126 beträgt. Der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten war daher: pCO₂ 50 mmHg, pH 7,126.

Beispiel 2

An einer vom Patienten abgenommenen und nicht anaerob übertragenen Blutprobe wurden die folgenden Werte mittels einer Blutgas-Meßeinrichtung gemessen:

pH= 7,2 pCO₂= 30 mmHg pO₂= 200 mmHg ∼ Sat = 1 Hb= 10 mMol/Liter

Gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe wurden die folgenden Werte transkutan gemessen:

pCO₂= 50 mmHg pO₂37,3 mmHg ∼ Sat = 0,5

Im folgenden wird dargetellt, wie die Berechnung des Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten auf dieser Grund lage erfolgt. Die Berechnung kann mittels eines Computers durchgeführt werden. Das Berechnungsverfahren wird durch das Kurvennomogramm in Fig. 2 erläutert. Die Koordinaten der BE- und BB-Kurven sind bekannt, beispielsweise aus Seite 54 des bereits erwähnten Artikels von Ole Siggaard- Andersen und der Wert ABE kann mit guter Annäherung be rechnet werden.

Der Punkt (A) in Fig. 2 gibt den Parametersatz wieder, der an der Blutprobe gemessen wurde: pH=7,2 und pCO₂=30 mmHg.
Berechnung:

ABE = Z (1 - 0,000383 × Hb (Z + 25,11) - 2,755 × Hb) (6)
wobei
z = (1 - 0,0230 × Hb) (HCO₃ - 24,5 + (8 + 2,25 × Hb) (pH-7,4)) (7)

und
HCO₃ die Bikarbonatkonzentration im Plasma ist, die sich ergibt als:

ABE wird zu -15,83 mMol/Liter berechnet (Punkt E).

ABB=NBB+ABE=41,7+0,68×ABE=32,67 mMol/L (Punkt F).

Die Koordinaten der Punkte E und F können durch lineare Interpolation gefunden werden:

pH_E = (pH_-16 - pH_-15) × 0,83 + pH_-15 (9)
logpCO_{2 E} = (log pCO_{2 -16} - pCO_{2 -15}) × 0,83 + log pCO_{2 -15} (10)

pH_E = 7,253
pCO_{2 E} = 22,58 mmHg

pH_F = (pH₃₃ - pH₃₂) × 0,67 + pH₃₂ (9′)
log pCO_{2 F} = (log pCO₂ ₃₃ - log pCO₂ ₃₂) × 0,67 + log pCO₂ ₃₂ (10′)

pH_F = 7,004
pCO_{2 F} = 78,23 mmHg

Aus den Koordinaten der Punkte E und F kann die Basen- Überschußlinie I berechnet werden:

log pCO₂ = -2,167 × pH + 17,072 I

Wenn ein pCO₂-Wert von 50 mmHg, der gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe gemessen wurde, eingesetzt wird, ergibt sich ein pH-Wert von 7,094 (Punkt B). Wenn die Tatsache berücksichtigt wird, daß die Sättigung des Blutes des Patienten zum Zeitpunkt der Abnahme der Blutprobe 0,5 betrug, wird die Basen-Überschußlinie um den Wert 0,31×10 (1-0,5)=1,55 sowohl längs der BE- als auch der BB-Kurve (Gleichung 2 und 4) auf ABE=-14,28 (G) und ABB=34,25 (H) verschoben.

Die Koordinaten der Punkte G und H können nach den Gleischungen 9, 10 und 9′ und 10′ mit den neuen einge setzten Werten berechnet werden:

pH_G= 7,264 pCO_{2 G}25,21 pH_H7,020 pCO_{2 H}81,57

Die Basen-Überschußlinie kann danach gemäß Gleichung 11 berechnet werden:

log pCO₂ = -2,090 × pH + 16,583

Wenn der transkutan gemessene pCO₂-Wert von 50 mmHg ein gesetzt wird, berechnet sich der entsprechende pH-Wert auf 7,122 (Punkt C). Der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten betrug dann 7,122 und pCO₂ 50 mmHg.

Beispiel 3

a) Unter Verwendung der in Fig. 7 dargestellten Vorrich tung wird ein Patient mit einer transkutanen pO₂-Elektrode als Meßeinrichtung 14 und einer transkutanen pCO₂-Elektrode als Meßeinrichtung 13 überwacht. Eine Blutprobe, beispielsweise venöses Blut, wird vom Patienten abgenommen und die transkutan gemessenen pO₂- und pCO₂-Werte werden durch Betätigen des Knopfes 28 auf den Computer 23 gleichzeitig mit der Abnahme der Probe über tragen. Die Werte sind:

pO₂= 37,3 mmHg pCO₂= 50,0 mmHg

Die Blutprobe wird bei Raumtemperatur und in Kontakt mit der Außenluft gehalten. Danach wird die Blutprobe in einer Blutgas-Meßeinrichtung 26 analysiert und es werden dieselben Werte gemessen, wie sie beim Beispiel 2 ange geben sind und die mit anderen Worten dem Punkt A in Fig. 2 entsprechen. Diese Werte werden über die Verbin dungsleitung 27 und den Schnittstellenteil 22 auf den Rechner 23 übertragen. Der tatsächliche pH-Wert wird dann, wenn die Werte am Punkt A akzeptiert sind, ähnlich wie beim Beispiel 2 als erste Annäherung zu 7,094 berechnet (Pukt B).

Bei diesem pH-Wert und bei einem transkutan gemessenen pO₂-Wert wird die Sättigung unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet:

wobei

Z = pO₂ × 10^{(-0,48 (7,4 - pH))}
Sat = 0,5 (13)

Anschließend wird die in vitro Basen-Überschußlinie II für Sat=0,5 wie beim Beispiel 2 berechnet und wird mittels dieser Linie und des transkutan gemessenen pCO₂- Wertes von 50 der tatsächliche pH-Wert des Patienten zu 7,122 berechnet. Danach wird wie beim Beispiel 2 der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten gebildet und bis zur Registrierung einer Änderung der transkutan ge messenen Werte zeigen die drei Anzeigen einen pH-Wert von 7,122, einen pCO₂-Wert vom 50 mmHg und einen pO₂- Wert von 37,3 mmHg jeweils. Der sogenannte in vivo Säure-Basen-Status des Patienten zeigt dieselben Werte wie beim Beispiel 2 mit der Ausnahme des Wertes Hb, der durch Definition auf 3,7 mMol/Liter in vivo festgelegt ist. Dieser Wert hat Bedeutung für die Bildung der in vivo Basen-Überschußlinie des Patienten, wie es beim Beispiel 4 dargestellt ist.

b) Der in vivo Säure-Basen-Status des Patienten kann auch direkt an einer Blutprobe, beispielsweise an einer arteriellen Blutprobe bestimmt werden, die anaerob ab genommen und anschließend in einer separaten Blutgas- Vorrichtung analysiert wird:

pH= 7,122 pCO₂= 50 mmHg pO₂= 37,5 mmHg ∼ Sat = 0,5

Mit Hilfe der Tastatur 24 werden der pH-Wert und der pCO₂-Wert und, falls die Sauerstoffsättigung berück sichtigt wird, der pO₂-Wert in die Wandlereinheit 21 über die Verbindungsleitung 25 eingetastet. Zum in vivo- Säure-Basen-Status des Patienten gehört auch: Hb=3,7 äquivalent Hb in vivo, festgelegt per Definition.

c) Unter Verwendung der in Fig. 7 dargestellten Vor richtung wird ein Patient mit einer transkutanen pO₂- Elektrode als Meßeinrichtung 14 und einer transkutanen pCO₂-Elektrode als Meßeinrichtung 13 überwacht. Eine Blutprobe (arterielles Blut) wird anaerob vom Patienten abgenommen. Gleichzeitig mit der Blutproben abnahme werden die transkutan gemessenen pO₂- und pCO₂- Werte durch eine Betätigung des Knopfes 28 auf den Computer 23 übertragen. pO₂=37,3 mmHg, pCO₂=50,0 mmHg. Der pH-Wert der Blutprobe wird in einer separaten pH- Wert-Meßvorrichtung gemessen und das Ergebnis dieser Messung wird über die Tastatur 24 eingetastet. Wirk licher pH-Wert=7,122. Wenn dieser Wert akzeptiert ist, wird er auf den Computer 23 übertragen.

Daraus ergibt sich nun der in vivo-Säure-Basen-Status des Patienten:

pH= 7,122 pCO₂= 50,0 mmHg pO₂= 37,2 mmHg Hb= 3,7 mMol/Liter, festgelegt per Definition.

d) Unter Verwendung der in Fig. 7 dargestellten Vor richtung wird ein Patient mit einer transkutanen pO₂- Elektrode als Meßrichtung 14 und einer transkutanen pCO₂-Elektrode als Meßeinrichtung 13 überwacht. Eine Blutprobe (arterielles Blut) wird anaerob vom Patienten abgenommen. Gleichzeitig mit der Abnahme der Blutprobe werden die transkutan gemessenen pO₂- und pCO₂-Werte durch eine Betätigung des Knopfes 28 auf den Computer 23 übertragen.

pO₂= 25,0 mmHg pCO₂= 55,0 mmHg

Die Blutprobe wird in einer Blutgas-Meßeinrichtung 26 analysiert. Es ergeben sich die folgenden Werte:

pH= 7,122 pCO₂= 50,0 mmHg pO₂= 37,3 mmHg

Diese Werte werden mittels der Direktverbindungsleitung 27 auf den Computer 23 übertragen.

Unter Verwendung der transkutan gemessenen Werte, die im Computer gespeichert sind, und der Werte, die mit der Blut gas-Meßeinrichtung gemessen sind, werden die transkutanen Elektroden geeicht, transkutaner Wert pO₂=f(pO₂ arteriell) und transkutaner Wert pCO₂=f(pCO₂ arteriell).

Der in vivo Säure-Basen-Status des Patienten ergibt sich somit:

pH= 7,122 pCO₂= 50,0 mmHg pO₂= 37,3 mmHg ∼ Sat = 0,5 hB= 3,7 mMol/Liter, festgelegt per Definition.

In allen Fällen des Beispiels 3 können die Messungen des pO₂-Wertes in vitro und in vivo durch photometrische Messungen ersetzt werden. Sie können auch weggelassen werden, wobei in diesem Fall der pH-Wert in vivo gemäß Beispiel 4d berechnet wird.

Beispiel 4

a) Unter Verwendung des Kurvennomogramms in Fig. 3 wird die in vivo-Basen-Überschußlinie für einen Patienten mit einem in vivo-Säure-Basen-Status gebildet, der in Beispiel 3 ermittelt wurde.

Die Konstruktion der in vivo-Basen-Überschußlinie IV entspricht Beispiel 1.

SBE₁= - 12 mMol/Liter "SBB₁"= 32 mMol/Liter.

Zu einem späteren Zeitpunkt wird ein Wert von 40 mmHg als transkutan gemessener pCO₂-Wert registriert. Während der Anfangs-Säure-Basen-Status des Patienten durch den Punkt C wiedergegeben wird, beträgt der pH-Wert bei dem geänderten Säuren-Basen-Status entsprechend einem geän derten pCO₂-Wert 7,188 (Punkt D₁). Diese Bestimmung erfolgt unter der Annahme, daß die Sättigung sich nicht ändert.

Wenn es sich herausstellt, daß sich auch die Sättigung des Blutes des Patienten geändert hat, d. h. daß sich der transkutan gemessene pO₂-Wert beispielsweise auf 90 mmHg geändert hat, kann die geänderte Sättigung aus den Gleichungen 12 und 13 unter Verwendung des pH-Wertes 7,188 berechnet werden:

Sat₂ = 0,93

Die Basen-Überschußlinie V für Sat₂=0,93 kann dann unter Verwendung der folgenden Werte gebildet werden:

SBE₂ = SBE₁ + 0,31 × Hb (Sat₁-Sat₂) (14)
"SBB₂" = SBB₂ + 0,31 × Hb (Sat₁-Sat₂) (15)
SBE₂ = -12,5
"SBB₂" = 31,5

Die Basenüberschußlinie, die der geänderten Sättigung entspricht, ist als Linie V in Fig. 3 dargestellt. Der pH-Wert des Patienten in vivo auf der Kurve V, d. h. mit anderen Worten, bei einer Sättigung von 0,93 be trägt bei einem transkutan gemessenen pCO₂-Wert von 40 mmHg 7,177 (Punkt D₂).

b) Dieselben Festlegungen wie unter a) können durch Berechnung erfolgen. Die Berechnung ist im Kurvennomo gramm in Fig. 4 dargestellt. Der Ausgangspunkt ist der selbe in vivo-Säure-Basen-Status wie bei a).
pH= 7,122 pCO₂= 50 mmHg pO₂= 37,3 mmHg ∼ Sat₁ = 0,5 Hb= 3,7 mMol/Liter, festgelegt per Definition.

SBE kann aus den Gleichungen 6, 7 und 8 berechnet werden:

SBE= -12,23 mMol/Liter (Punkt I) und "SBB"= 41,7 + 0,68 × Hb + SBE = 31,99 mMol/Liter (Punkt J)

Die Koordinaten der Punkte I und J können aus den Gleichungen 9, 10, 9′, 10′ berechnet werden:

pH_I= 7,279 pCO_{2 I}= 28,52 mmHg pH_J= 6,998 pCO_{2 J}= 76,68 mmHg

Aus den Koordinaten für die Punkte I und J kann die in vivo-Basen-Überschußlinie IV mittels der Gleichung 11 berechnet werden:

log pCO₂ = -1,5286 × pH + 12,5817

Nach einiger Zeit hat sich der transkutan gemessene pCO₂-Wert des Patienten auf 40 mmHg geändert und der entsprechende pH-Wert in vivo wird auf 7,183 berech net (Punkt D₁).

Wenn auch eine Änderung des pO₂-Wertes in vivo auf 90 mmHg festgestellt wird, kann Sat aus den Gleichungen 12 und 13 unter Verwendung eines pH-Wertes von 7,183 berechnet werden als:

Sat₂ = 0,93

Die Basen-Überschußlinie V für Sat₂=0,93 kann nun aus den Gleichungen 14 und 15 gebildet werden:

SBE₂ = 12,72 mMol/Liter (Punkt K)
SBB₂ = 31,50 mMol/Liter (Punkt L)

Die Koordinaten werden wie oben beschrieben berechnet:

pH_K= 7,275 pCO_{2 K}= 27,74 mmHg pH_L= 6,994 pCO_{2 L}= 75,49 mmHg

Aus den Koordinaten für die Punkte K und L kann die in vivo-Basen-Überschußlinie V mittels der Gleichung 11 berechnet werden:

log pCO₂ = -1,547 × pH + 12,699

Für einen transkutan gemessenen pCO₂-Wert von 40 mmHg beträgt der in vivo pH-Wert:
in vivo pH = 7,172 (Punkt D₂)

c) Die in vivo-Basen-Überschußlinie für einen Patienten wird aus dem obigen in vivo-Säure-Basen-Status berechnet.

pH= 7,122 pCO₂= 50 mmHg pO₂= 37,3 mmHg ∼ Sat₁ = 0,5 Hb= 3,7 mMol/Liter, festgelegt per Definition

(Dieser Status wird durch den Punkt C in Fig. 5 wieder gegeben).
SBE kann aus den Gleichungen 6, 7 und 8 berechnet werden:
SBE₁ = -12,2 mMol/Liter

Die Steigung der Basen-Überschußlinie kann mit einer An näherung aus folgender Gleichung berechnet werden:

α = 0,005208 × SBE - 1,2823 - 10^{(-0,0507 × SBE - 1,412)}
α₁ = -1,507 (16)

Die Basen-Überschußlinie IV ist nun gebildet:
log pCO₂ = α₁ (pH -7,122) + log 50
Der pH bei einem pCO₂-Wert von 40 mmHg kann nun berechnet werden:

pH₄₀ = 7,186

Wenn sich der pCO₂-Wert in vivo des Patienten, d. h. der transkutan gemessene pCO₂-Wert auf 40 mmHg ändert, ändert sich der pH-Wert in vivo auf in vivo-pH=7,186 (Punkt D₁).

Wenn sich der pO₂-Wert des Patienten in vivo auf 90 mmHg ändert, kann Sat aus den Gleichungen 12 und 13 unter Ver wendung eines pH-Wertes von 7,183 berechnet werden:

Sat₂ = 0,93.

Die Änderung des Wertes SBE bei einer Änderung der Sauerstoffsättigung von Sat₁ auf Sat₂ kann aus der Gleichung 14 berechnet werden:

Δ SBE= 0,31 × Hb (Sat₁ - Sat₂) = -0,5 SBE₂= -12,7

Die Änderung des Wertes pH₄₀ als Funktion kleiner Änderungen des Wertes SBE kann mit Annäherung aus der Gleichung berechnet werden:

Δ pH₄₀= 0,010 (Δ SBE = 0,5) Δ pH_40₂= 7,176 (Punkt D₂).

Die Steigung der Basen-Überschußlinie für SBE₂ kann aus der Gleichung 16 berechnet werden als:

α₂ = 1,519

Die Basen-Überschußlinie V für Sat=0,93 ergibt sich nun als

log pCO₂ = α₂ (pH - 7,176) + log 40

In vivo-pH=7,176 (Punkt D₂) für pCO₂=40 mmHg und pO₂=90 mmHg.

Die Berechnungen bei diesem Beispiel eignen sich mehr für einen Mikrocomputer mit begrenztem Speicher, da diese Berechnungen es nicht erfordern, daß die BE- und BB-Kurven in den Computer eingelesen werden.

d) Die in vivo-Basen-Überschußlinie wird aus demselben in vivo-Säure-Basen-Status wie oben ohne Berücksichti gung der Sättigung berechnet.

pH= 7,122 pCO₂= 50 mmHg pO₂= 37,3 mmHg ∼ Sat₁ = 0,5 Hb= 3,7 mMol/Liter, festgelegt per Definition.

Die Berechnung ist durch das Kurvennomogramm in Fig. 6 dargestellt.

Die Verhältnisse sind dabei zusätzlich vereinfacht, da es sich herausgestellt hat, daß die Basen-Überschuß linien für einen gegebenen Wert Hb mit Annäherung sich in einem Punkt schneiden.

Hb = 3,7 mMol/Liter (Schnittpunkt pH, log pCO₂ = (5,55, 3,91).

Die Basen-Überschußlinie IV ergibt sich dadurch als

Wenn sich der transkutan gemessene pCO₂-Wert auf 40 mmHg ändert, ändert sich der pH-Wert auf:

in vivo-pH = 7,186 (Punkt D).

Claims

1. Vorrichtung zum fortlaufenden oder schrittweisen Überwachen des pH-Wertes des Plasmas eines Patienten in vivo, enthaltend eine Kontroll- und Anzeigeeinrichtung für den pH-Wert und eine am Patienten anzubringende pCO₂-Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die pCO₂-Meßeinrichtung (13) eine nicht-invasive Meßeinrichtung ist und daß in der Kontroll- und Anzeigeeinrichtung (10, 21) eine Wandlereinheit (21) enthalten ist, der die pCO₂-Signale zugeführt sind und die als Funktion eines in sie eingelesenen, einen anfänglichen Säure-Basen-Status des Patienten wiedergebenden Parametersatzes die pCO₂-Signale in pH-Wert-Einheiten umwandelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit (24, 26) zum Eingeben wenigstens eines Blut parameters, der in vitro gemessen ist, wobei die Einheit (24, 26) mit einem Eingang (25 a, 27 a) der Kontroll- und Anzeigeeinrichtung (10, 21) in Verbindung steht, der den in vitro gemessenen Blutparameter aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (24, 26) zum Eingeben wenigstens eines Blutparameters, der in vitro gemessen ist, eine Tastatur, eine pH-Wert-Meßeinrichtung oder eine Blutgas- Meßeinrichtung (26) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontroll- und Anzeigeeinrichtung (10, 21) eine Registriereinheit (15) für den pCO₂-Wert vorgesehen ist, die mit einem Eingang (13 a, 20 a) für Signale verbunden ist, die das Ergebnis einer nicht-invasiven pCO₂-Wertmessung wiedergeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Eingang (14 a, 32 a) für Signale, die das Ergebnis einer nicht-invasiven pO₂-Wertmessung oder einer nicht-invasiven Sauerstoffsättigungsmessung wiedergeben, wobei dieser Eingang (14 a, 32 a) mit der Wandlereinheit (21) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Registriereinheit (16) für den pO₂-Wert, die mit diesem Eingang (14 a) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Synchronisiereinrichtung (28, 29), bei deren Aktivie rung der nicht-invasiv gemessene pCO₂-Wert, der zum Ak tivierungszeitpunkt registriert wird, in der Wandlerein heit (21) gespeichert wird.