Vaporen…

Vaporen sind Geräte, die flüssige Inhalativa verdampfen und sie zum Zweck der Narkoseeinleitung oder -führung in präziser und kontrollierter Konzentration dem Atemgas beimengen.

Klingt gut, oder? Wenn`s nur so einfach wäre.  Ungünstigerweise liegt der Sättigungsdampfdruck bei Raumtemperatur der meisten Inhalativa so gar nicht im Bereich der zur Narkose notwendigen Volumenanteile.

Nehmen wir einfach mal Isofluran als Beispiel. MAC 1,4, richtig? Also 1,4 Volumenprozent im Expirium damit unser Patient schläft… Der gesättigte Dampfdruck von Isofluran beträgt laut Tabelle 32 kPa (240 mmHg). Heisst, der gesättigte Anteil hat einen Partialdruck für Isofluran von 32 kPa. Bei Normdruck (also 101 kPa/ 760 mmHg) entspräche das grob einem Volumenanteil von 32%. Da muss Papa ganz schön verdünnen, um sinnvolle Konzentrationen im Frischgasfluss zu erzeugen. Heisst auch, die Regulation eines Gerätes zur Beimengung muss sehr fein regulierbar sein um bei den in der Narkose üblichen Gasflüssen a) ökonomisch sinnvoll und b) für das Leben des Patienten nicht aufgrund grosser Schwankungen gefährlich zu sein.

Zu allem Übel ist der oben genannte Dampfdruck auch noch abhängig vom Umgebungsdruck und der Temperatur, so wie dem transportierenden Frischgas- oder Atemfluss – das heisst, dass selbst die Schwankungen von Beatmungsdrucks und Dingen wie Atemfrequenz und Tiefe oder die Temperatur je nach Stoff gefährliche Konzentrationsschwankungen hervorrufen können.

Idealerweise wäre unser Vapor also flow-, druck-, und temperaturkompensiert so wie für alle Arten von Inhalativa geeignet… so einen Vapor gibt es aber nicht.

Das Prinzip ist einfach: Verdampfen und in die Lunge befördern. Für den Weg in die Lunge gibt es 3 Möglichkeiten:

  • Spontan einatmen – ein negativer Druck saugt Inhalativa in den Atemgasstrom, das Prinzip der Draw-over oder soggetriebenen Vaporen* (und solcher Dinge wie der Schimmelbuschmaske – Siehe letzter Abschnitt zu ungebräuchlichen Verfahren)
  • Beatmet werden
    • a) – Der Frischgas/ Atemgasstrom nimmt das Inhalativum aus einer regulierten Verdampferkammer mit – das Prinzip der Variable Bypass Plenum Vaporen oder Kammerverdampfer (und der Venturi-Verdampfer*)
    • b) – Das Inhalativum wird bedarfsgerecht in das Atemgas injiziert – das Prinzip der Dual-Circuit Gas/Vapor-Blender und Direct Injection of Volatile Agents.

Variable Bypass Vapourizers

Die VBV sind im ursprünglichen Sinne Kammerverdampfer oder „plenum vapourizers“ (PV). Im englischen Sprachraum bezeichnet „plenum“ (PV) letztlich eine Druckkammer. Der Atemgasstrom wird geteilt in Hauptstrom und Nebenstrom, der nach Aufsättigung mit Inhalativa in der Verdampferkammer dem Hauptstrom variabel wieder zugemischt wird.

Sie sind druckbetrieben und frischgasflussabhängig, benötigen also einen supraatmosphärischen Arbeitsdruck, der das Gas entgegen der hohen internen Widerstände durch den Vapor treibt. Ein kalibriertes Vaporrad erlaubt die variable Zumischung durch Steuerung des durch die Kammer geleiteten Atemgasanteils („splittings ratio“ ). Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit ist eine Thermokompensation, bzw. Flusssteuerung notwendig. Diese geschieht durch dickwandige leitende Metallgehäuse, Bimetallstreifen oder -bolzen, die den Frischgasfluss mit Temperaturanstieg erhöhen und mit -abfall reduzieren oder zunehmend elektronisch. IPPV-Kompensation entkoppelt den Druck des Atemsystems vom Kammerdruck und erlaubt so eine stetige Abgabe.

plenumvap

VBV existieren für die gängigen Inhalativa, wie Halothan, Enfluran, Isofluran und Sevofluran. Desfluran eignet sich aufgrund seines niedrigen Siedepunktes nicht für diese Art des Verdampfers. Beispiele sind TEC5® und TEC7® (GE), Vapor 2000® (Dräger) oder Sigma Delta® (Penlon).

Elektronisch gesteuerte VBV/ PV mit Fluss-/Druck- und Temperaturkompensation via Prozessorsteuerung existieren für Halothan, Enfluran, Isofluran, Sevofluran und auch Desfluran (z.B. Aladin® Casetten Vaporen von GE). Die Funktionseinheiten Kammer (in der Kasette) und Steuerung (in der Beatmungsmaschine) sind hier getrennt.


Measured Flow Vapourizers

MFV sind Systeme, die den Dampf/ das Gas dem Frischgas prozessorgesteuert direkt beimischen. Sie lassen sich in zwei Subtypen differenzieren, die sogenannten DIVA-Vaporen für alle gängigen Inhalativa inklusive Desfluran) mit direkter Injektion volatiler Anästhetika in den Atemgasstrom (DIVA®(Dräger), Maquet 950®) und spezifische Desfluranvaporen (wie Tec 6® (GE), D vapor® (Dräger), Sigma Alpha® (Penlon)).

Analog der Aladin®-Kasettenvaporen sind bei den DIVA® Gasreservoir und Steuereinheit getrennt. Letztere bildet einen Teil der Zeus®-Workstation.

Das verbindende Element ist:

Die Zumischung bei MFV benötigt keinen Frischgasfluss als treibende Kraft!

Das DIVA®-Prinzip ist eine prozessorgesteuerte Abgabe des Inhalativums in den Atemstrom in exakt der berechneten Menge für eine bestimmte Atemgaskonzentration. Über verschiedene Tanks (Gasreservoir – Pumpentank – Dosiertank – Evaporationskammer) gelangt das flüssige Inhalativum ventilgesteuert via Injektor in eine beheizte Verdampferkammer, wo ein gesättigter Dampf erzeugt wird. Über einen Flowsensor gesteuert gelangt dieser Dampf in den Atemstrom des Patienten. Die Dosierung erfolgt flowgesteuert über die Öffnung der Ventile zwischen den Tanks und der Verdampferkammer. Der Prozess verläuft analog für alle Inhalativa inklusive Desfluran.

Spezifische Desfluranverdampfer sind notwendig, da Desfluran hochgradig flüchtig ist. Es hat einen entsprechend niedrigen Siedepunkt und hohen gesättigten Dampfdruck (Siedepunkt um 23°C, Dampfdruck 664 mmHg).

Ein gesättigter Dampf böte einen Partialdruck von 664 mmHg oder 88 kPa. Die damit entstehende Menge an Dampf (bei 101 kPa ja eben fast 88 Vol%) bräuchte unökonomisch hohe Bypassflüsse, um auf übliche Narkosekonzentrationen im Bereich zwischen 4 und 6 Volumenprozent MAC zu kommen. Gleichzeitig führt der niedrige Siedepunkt zu enormen Schwankungen der Menge verdampfenden Desflurans bei geringen Änderungen der Temperatur. Desfluran kocht bei 23°C und entzieht damit der Umgebung Wärme, die folgende starke Abkühlung des Vapors würde wiederum den Verdampfungsprozess behindern. Konventionelle VBV sind für Desfluran ungeeignet.

Der Desfluranverdampfer ist ein Gas-Vapour-Blender. Das heisst, er mischt prozessorgesteuert dem  Atemgasstrom („Gas“) Anteile einer gesättigten Desfluranatmosphäre („Vapour“) bei.

Der Trick hierbei ist, den Frischgasfluss nicht als Antrieb für die Zumischung von Desfluran zu nutzen. Frischgas und Narkosegasschenkel sind getrennt! [deshalb Dual-Circuit!]

Desfluran wird in einem ventilgesperrten Reservoir auf konstant 39°C erhitzt und steht dabei unter etwa 2 Atmosphären Druck (1500 mmHg/ ca. 2 kPa). Wählt man nun via Vaporrad eine bestimmte Konzentration, so wird – getrieben vom Druck in der Verdampferkammer (!) – Desfluran entsprechend zugemischt.

Die Frischgasflusskompensation erfolgt dabei automatisch mittels eines Drucksensors, der den Druck im Frischgasschenkel misst und das Auslassventil der Verdampferkammer entsprechend regelt.

Steigt der Frischgasfluss, so steigt der Druck im System. Über den Druckwandler wird nun das Regelventil der Verdampferkammer weiter geöffnet, bei mehr Frischgas erhöht sich der absolut abgegebene Desflurananteil, die Konzentration im Atemgas bleibt konstant. Wird der Frischgasfluss reduziert, so sinkt der Druck im System, der Transducer reduziert die Beimischung durch Schliessen des Ventils.

Damit ist der Desfluranvapor frischgasfluss-, temperatur- und druckkompensiert.


Typische Pitfalls:

Wenn man einen Vapor auf den Kopf stellt (was man übrigens nicht tun sollte, genaugenommen sollte man ihn nicht über 45 Grad zur Seite kippen!) kann es durch Eintritt von flüssigem Inhalativum in den Bypassbereich zu Störungen der Abgabe und sehr hohen Abgaben von Gas kommen. Bewegt man den Vapor sollte man die Transportsicherung schliessen (bei Dräger-Vaporen findet sich am Rad eine Einstellung „T“, die fühlbar einrastet). Gleiches gilt für das zu vermeidende Überfüllen (Da ist eine Kontrollanzeige dran, gell!)

Lecks gibt es am ehesten am Füllstutzen oder im Bereich der Konnektoren beim Einsetzen in die Maschiene. Deshalb beim Füllen sanft einführen, nicht gewaltsam kippen und danach den Deckel draufschrauben. Nur ein gerade sitzender Vapor ist ein guter (also dichter) Vapor.

Ist die Maschine aus, hat auch das Vaporrad auf Null zu stehen. Check – ReCheck.

Vielleicht ist aufgefallen, dass oft zwei Vaporen (z.B. Desfluran und Sevofluran) gleichzeitig montiert sind. Bei gleichzeitiger Gabe zweier Volatila addieren sich die MAC-Werte (und die Nebenwirkungen). 0,5 MAC Desfluran und 0,5 MAC Sevofluran ergben zumindest theoretisch eine kombinierte MAC 1,0. Allerdings muss eine moderne Beatmungseinheit Vorrichtungen aufweisen, um die gleichzeitige Gabe zweier Inhalationsnarkotika zu vermeiden. Dräger erreicht dies z.B. mittels eines zwischen den Vaporen angebrachten Sperr-Riegels, der jeweils einen Vapor blockiert.


Honorable Mentions: Ansaugverdampfer / draw-over vaporizers & Venturidüsen

Venturidüsen nutzen den Frischgasflow um Flüssigkeiten in sehr feine Partikel zu zerstäuben, die wiederum zügig in einen gasförmigen Zustand übergehen.

Prinzip: In einem sich verengenden Hauptrohr kommt es mit strömender Flüssigkeit oder Gas zu einem Druckgefälle über der Verengungsstelle. Vor der Verengung steigt der Druck, dahinter ist er relativ gesehen geringer. Ein Nebenfluss, der beide Stellen verbindet, reisst getrieben vom Druckgefälle getrieben Flüssigkeit in den Gasstrom und zerstäubt diese an der Eintrittsstelle in den Hauptstrom. Das Druckgefälle ist umso stärker je stärker der Kalibersprung, resp. die Drosselung (bis zum cut-off) und der Gasfluss ist.

Vergaser

Draw-over-Vaporen nutzen negativen Druck, ergo den Sog v.a. unter Spontanatmung um das Inhalativum dem Atemstrom beizumischen. Die internen Widerstände müssen gering sein, um eine Beimengung zu erlauben. Die Schimmelbuschmaske für Äther oder Chloroform könnte man so einordnen, wobei sie genaugenommen kein geschlossenes Reservoir darstellt. Mortons Ätherflasche ist definitiv ein draw-over Vapor. Oder der Klebstoff im Beutel bei „Schnüfflern“. Ein Reservoir in einem fiktiven Atemsystem das Maske, Faltenschlauch und Reservoir in Reihe verbindet wäre ein denkbares Modell und findet wohl auch aufgrund seiner einfachen Bauart Verwendung in der Veterinärmedizin und infrastrukturell schwachen Gebieten. Eine Kalibration, Temperaturkompensation oder gar stabile Einstellung der Atemgaskonzentration ist unmöglich.

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