[发明专利]呼气末气体监测设备

说明书

技术领域

本发明涉及对呼出的气体中的呼气末气体浓度进行的无创监测，更具体地，涉及用于对包括硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氧化氮以及其他呼吸气体的呼气末气体浓度进行检测的方法和设备，其中通过检测呼出气体中的上述气态介质的浓度而进行检测。

背景技术

硫化氢（H₂S）为具有在生理条件下用作发信号分子和潜在治疗剂功能的气体生物介质。H₂S还在严重缺氧的条件下作为包括寿命和生存能力的关键生物功能的介质。最新的研究指出H₂S在多种心血管疾病和危重疾病中的治疗潜力。

通过实行肠外硫化物给药引起的内源性硫化氢浓度的增大可被用于将H₂S输送至组织。目前的研究还显示，在许多病理生理条件下，肠外硫化物给药可具有治疗益处。例如，已发现肠外硫化物给药在包括心肌梗死、急性呼吸窘迫综合征、肝脏缺血及再灌注以及多种形式的炎症的多个实验模型中具有治疗益处。

然而，因为H₂S是易挥发且易反应的，所以生物体液中的H₂S浓度的精确测量很困难。因此，在本发明之前，对血液中的硫化物浓度的确定取决于需要复杂化学衍生化过程的试验。

氧化氮（NO）为已被视为生物介质的低分子量无机气体。通过血红素加氧酶的诱导和/或组成形式，一氧化碳（CO）在哺乳动物的组织中与胆绿素一同形成，并且一氧化碳已被认为不仅在中枢神经系统（尤其是嗅通路）和心血管系统中，还在呼吸道、消化道、内分泌及生殖功能中作为发信号分子。与导致细胞损伤的高浓度相比，低浓度的硫化氢、氧化氮和一氧化碳还可具有血管扩张、消炎和细胞保护的作用。

通常，人呼出的气体中包含水蒸气、二氧化碳、氧气和氮气以及微量的一氧化碳、氢气和氩气，所有气体都是无味的。在呼出的气体中可能存在的其他气体包括但不限于硫化氢、氧化氮、甲硫醇、二甲基二硫化物、吲哚及其他。

一般而言，呼出气体流包括序列或阶段。在呼气再循环的开始存在初始阶段，在初始阶段，呼出的气体来自不参加生理气体交换的呼吸系统的解剖位置（死腔）。换言之，在初始阶段的气体来自填充嘴部和上呼吸道的气体的“死腔”。在这之后是平稳阶段。在平稳阶段初期，气体为死腔和代谢活性气体的混合物。呼出的气体的最后一部分包括几乎仅出现在肺深部的气体，即所谓的肺泡气体。来自肺泡的该气体被称为呼气末气体（end-tidal gas），呼气末气体的组成由发生在肺泡囊与肺再循环的毛细血管中的血液之间的气体交换和平衡高度指示。

呼出的H₂S代表了内源性硫化物消除的检测途径。此外，呼出的H₂S还可用于在硫化物制剂的肠外给药之后检测硫化物水平的增加。鼠类和人体模型的目前研究表明，H₂S气体的呼出可在硫化物制剂或其他H₂S供体被静脉给药时发生。

在现有技术中需要用于对血液中的呼气末气体浓度进行无创监测的方法和设备，更具体地，需要用于使用患者的呼出气体来检测、量化以及趋向分析包括硫化氢、氧化氮、一氧化碳、二氧化碳和其它呼吸气体的呼气末气体的浓度的方法和设备。还需要能够对在人的安全性和耐受性研究中接受越来越大剂量药物的人类患者呼出的气体中的呼气末气体浓度进行测量的设备。具体地，需要能够测量在人的安全性和耐受性研究中接受越来越大剂量药物的人类患者呼出的气体中的H₂S浓度的设备，如美国食品和药物管理局所要求的那样。

发明内容

本发明的一个实施方式提供了一种用于监测哺乳动物的呼出气中的气体的呼气末气体监测设备，其包括：导气管、分流阀、CO₂传感器、以及再循环回路，其中导气管配置成用于与哺乳动物的呼出气流体连通，分流阀与导气管流体连通，其中分流阀控制气流到达分流阀的下游的气体传感器，CO₂传感器位于分流阀的上游，CO₂传感器与控制器通信，控制器确定哺乳动物的呼出气中的CO₂水平以确定分流阀何时应将气流引导至气体传感器，再循环回路位于分流阀的下游，以向气体传感器提供连续的气流。根据本发明的某些实施方式，气体传感器为硫化氢气体传感器、一氧化碳气体传感器、二氧化碳气体传感器、氢气气体传感器、一氧化氮气体传感器或二氧化氮气体传感器。