- Email: [email protected]
Perfectionnements et caracteristiques des sondes a oxygene
Life Sciences Yol. 5, pp . 1097-1114, 1966 . Printed in Great Britain.
~Pergamon Press Ltd.
PERFECTIONNEMENTS ET CARACTÉRISTIQUES DES SONDES A OXYGENE B. Rybak et L. Le Camus Zoophysiologie, Faculté des Sciences, Caen, France (&eceived 24 1[a,rch 1966 ; in final foret 20 April 1966) La mise au point d'une sonde munie d'un capteur polarographique à oxygbae (1) pour cathétérismes profonde intra-veineux et intra-artériel (2) a permis de déterminer l'état d'oxygénation in situ et en continu d'un organisme ou d'une de ses régions et de mettre en évidence un réflexe végétatif (3) (4). Noua avons cherché à perfectionner cette sonde d'une part en la miniaturisant et d'autre part en diminuant au maximum son temps de réponse et sa seasibilité au débit. MATÉRIEL I Animal : le Lapin d'élevage noir, adulte a été utilisé après anesthésie à l'uréthane (1, 7 à 2g~kg poids vif) et héparinage . Les cathétérismes ont été généralement pratiqués d~ae part jusque dans la crosse aortique via la carotide commune gauche, d'autre part jusque dans l'oreillette droite via la juguJ Taire externe droite.
II) Mesures : l'ensemble instrumental est celui utilisé précédemment (1) (3 ). f"
Les calibrations des sondes se font dans les conditions BTPS à l'aide d'un humidificateur d'air pulsé, thermostaté, qui â été construit au Laboratoire en verre Pyrex. Les dosages de mélange gazeux ont été réalisés avec l'appareil de SCHÔLANDER . Pour les mesures de débit in vitro faites à 37'C ou à 24'C, on a utilisé : 1) une pompe électrique à circulation de JOWELET donnant des débits de 3, 4ml~mn à 182m1~mn ;. 2) une seringue à perfusion continue "BRAUN" pouvant débiter de 0, 5ml~mn à lOml~mn. Le liquide circulant était soit la solution de RINGER soit une solution 0, 2 M de KCl. Pour les mesures de pression oa a mis en asuvre tant â 37'C qu'à 24'C un manomètre à mercure de type LUDWIG associé à une grosse seringue permettant de graduer la pression.
Étant donné que les réactions polarographiques consomment des quantités faibles mais non nulles d'oxygéne il importe d'opérer rapidement et d'une 1097
Vol. 5, No . 12
BLOOD 0%YGEN
1098
manière toujours identique à elle-méme . Pour la détermination des tempe de réponse l'électrode branchée sur l'appareillage de mesure est introduite â 24°C dans la phase gazeuse (oxygène â 100%) d'un ballon renfermant de l'eau d'humidific ation. RESULTATS 1 Améliorations dans la construction des capteurs La miniaturisation de l'ensemble constitue une préoccupation importante étant donné la nécessité d'introduire la sonde dans un vaisseau de petit diamètre . D'autre part la réduction du diamètre de la cathode de platine réduction qui, d'aprês SEVERINGHAUS et BRADLEY (5), diminue la sensibilité des électrodes de polarographie aux influences cinétiques - constitue une préoccupation majeure. Noue avons aussi examiné la question du nombre de membranes recouvrant les électrodes en ce qui concerne les influences cinétiques . Désormais les sondes sont construites soit avec des tubes de polyéthyléne soit avec des tubas radio-opaques ("Rapol" ou "Rflsch"). Les différents temps sont les suivante A. Confection de la téte 1/ Confection de l'apode : l'anode est découpée dans une feuille d'argent vierge dont l'épaisseur est de 210, 110 ou 120 mm, découpage selon la forme indiquée dans la figure la. Le chadx des épaisseurs d'argent dépend du diamètre de la cathode de platine ; en effet il s'est avéré que pour~Pt~ 100 il était préférable d'utiliser des feuilles d'argent de e = 110 mm et qu'en-dessous de
Pt = 30~, il était préférable d'utiliser des feuilles d'argent de e = 210 mm ceci, de façon â consolider la téte, les fils de ~Pt~ 50~ ne formant pas un centre suffisamment rigide au sein de la masse d'araldite . L'anode set ensuite appliquée sur un mandrin de diamètre approprié de façon à lui donner une forme cylindrique (Fig. lb) telle qu'un fil de cuivre émaillé
((P=
110 mm) puisse
étre~eoudé sur une génératrice du cylindre constitué par la queue de l'anode.
FIGURE 1
vol . 5, xo . i2
Broon omrGEx
io99
2~ Confection de la cathode et mise en place du diélectrique anode-cathode le fil de platine de la cathode est soudé à l'étain sur un fil de Liaison en cuivre émaillé (~= 110 mm) et introduit dans la lumière d'un tube de polyéthylène préalablement étiré de façon à ce que son diamètre intérieur soit amené à environ 50~ pour lee cathodes â(~Se30~ et à des diamètres proportionnés pour les cathodes de plue grand diamètre. Pour faciliter les opérations de centrage et l'introduction de la résine entre la cathode et le cathéter, l'extrémité de platine du fil sort sur 2-3 cm de l'extrémité du tube cathéter . De l'araldite en présence de son catalyseur est appliquée en un point du fil de platine et, par un mouvement de va et vient l'araldite est introduite sur une certaine longueur à l'extrémité du cathéter . La présence de ce petit tube a permis un ce~rage et une mise sous tension convenable de la cathode ; c'est là une étape eaeentielle dans la construction des électrodes à~Pt = 17p. Un second tube de polyéthylène d'un diamètre intérieur adapté au diamètre extérieur du tube précédent est enfilé sur ce dernier tube et recouvre aussi le fil de cuivre ; en déposant sur le tube intérieur de l'araldite en excbs, on colle les deux tubes en les attirant l'un sur l'autre ; un ensemble serai-rigide est constitué (Fig . 2).
,r FIGURE 2 1 : Fil de cuivre = 110 mm
'
2 :'Fil de platine = 17}i
La confection de la téte s'achéve par la mise en place et le collage de la cathode et de son diélectrique dans le cylindre d'argent dont on ferme les Lèvres par serrage â l'aide d'un mandrin de joaillerie . B . Monta¢e terminal :`la téte étant maintenue serrée dans le mandrin, les fils de liaison en cuivre sont enfilés dans un tube en polyéthylène ou en matière radio-opaque et la téta est fixée par collage à l'araldite à l'extrémité du cathéter. Les fila de liaison en cuivre de l'anode et de la cathode sont soudés à un fil blindé - anode au blindage et cathode au fil du câble - (Fig . 3) . La jonction entre Le cathéter et le câble blindé est consolidée par un manchon externe de verre rempli d'araldite. L'araldite sache pendant un jour ?I t4'C
1100
BLOOD 0%YGEN
Yol . 5, No . 12
doras le vide sulfurique d'un dessicateur puis, lors d'un traitement thermique (15 ma à 60'C), l'araldite durçit, le tube de polyéthylène se rétracte et les fils de liaison en cuivre de l'anode et de la cathode se spiralisent. Cette spiralisatioa est favorable puisqu'elle donne une souplesse nécessaire aux sondes, évite des ruptures internes des fils ainsi que la craquelure du vernie isolant, de sorte que la durée de vie de sondes fréquemment utilisées s'en trouve considérablemeat allongée. L'ensemble est alors laissé à évoluer à la température ambiante pendant au moins quelques heures pour les sondes ~ cathode de (~50~et pendant quelques jours. pour les sondes ayant une cathode de~~50~. i
FIGURE 3 :
i
i
i
I
1. v
i
i
y~ T 1 I,~I~1
~ Electrode = 8f10 mm
C. Polissa¢e et finition de la téte :
l'électrode est maintenue serrée
dans le mandrin ; celui-ci sert d'ans à un roulement à bille>rce qui permet un déplacement circulaire doux de l'électrode nécessaire pour effectuer le décou page précis de l'extrémité de la téte et un polissage fin, (opérations effectuées sous loupe binoculaire). La finition s'effectue en deux temps : 1) à l'aide d'une lame de rasoir, le polyéthylène terminal est taillé selon un cane aplati ayant pour sommet la cathode et comme base la limite extréme de l'anode. On procède ensuite su polissage du polyéthylène et de la section du cylindre d'argent . Oa a trouvé avantageux pour les cathodes de ~= 17~ de commencer le polissage selon la génératrice du cane ce qui facilite la mise en place ultérieure de la membrane en donnant un arrondi à l'extrémité de la téta et ce qui évite surtout un affaissement de la cathode ce qui rendrait l'électrode inutilisable ; 2) à l'aide d'une lame de rasoir, on dégage la cathode en sectionnant horiaontalement le polyéthyl~ne à l'extrémité du cane de sorte qu'un méplat termine cette suite d'opérations. Tous ces polissages sont faits comme il a été indiqué (1) et
metttnt en aeuvre essentiellement de la poudre rose d'alumine pour joaillerie
vol . 5,
No . 12
BLOOD 0%YGEx
1101
et de la peau façon Samoa montée our bois . D. Traitements chimiques : les diverses opérations - dégraissage su Teepol, décapage à HN03 et chloruratioa à HC1 - sont identiques à celles décrites antérieurement (1). E. Mine en place des membranes : toutes les opérations de pose se font à l'aeil nu . Dans les montages à une seule membrane de Téflon (6 et 12~ d'épaisseur) celle-ci, dégraissée préalablement su Teepol et rincée à l'eau distillée, est plongée dans une solution 0, 2 M de KC1 et appliquée sur l'extrémité de la téte de l'électrode sur laquelle est posée une goutte de la méme solution. Les pana de la feuille de Téflon sont ligaturés avec du fil à gant (n°120) . En ce qui concerne les électrodes à double membrane (cellophaneTéflon), le procédé qui s'est avéré le meilleur est le eûivaat : les deuz membranes sont appliquées l'une our l'autre en constituant un sandwich sur une couche mince de solution de KC1. Pour que les membranes soient bien étalées pendant cette opération, la première membrane est déplacée sur la surface d'une lame de solution de KCl et la deuxième membrane est glissée sur la ~remiére qui est préalablement recouverte de solution de KC1 (Fig. 4) . Ce procédé évite la formation de microbulles entre les deux membranes, microbulles qui rendraient les électrodes inutilisables. L'ensemble téte-membranes eet introduit dans le tube central d'un petit entonnoir â cane trés aplati, base tournéd vers le bas et on effectue la ligature à l'extrémité du tube aprée l'avoir incliné â 60° environ par rapport à l'horizontale. L'ensemble est redressé â
la verticale, les membranes sont ébarbées et on dépose du collodion à l'éther â 5 °Je our la ligature avec un fin pinceau. La présence éventuelle d'air (opalescence) est contr8lée à la loupe binoculaire."A toue les temps de la fabrication sont effectuée des contralee d'ieolerrient avec un ohmmètre. Des électrodes de petit diamètre ont été réalisées, soit 0, 7 - 0, 8 mm de diamètre extérieur (ce qui correspond à 0, 9 - 1 mm de diamètre extérieur avec membranes) et il a méme été possible de réaliser des électrodes de 0, 5 mm de diamètre extérieur
(ce qui correspond à 0, 7 mm dé diamètre extérieur avec membranes). Le polarogramme E~I définit un plateau dont le centre est généralement situé à 700 750 mV . Si on considère un méme mélange gazeux (ici l'air, soit 21°Je d'ozy= géne) à la marne température (ici 24°C)~les corrélations entre le diamètre de la cathode et l'intensité (en nA) du courant caractéristique, pour une méme épaisseur de membrane, on construit une courbe du type représenté par ~a
BLOOD ORYGEN
1102
Yol .
2
I : LIGATURE 2 : T EF LON 6~S
3 : CELLOPHANE 1Z~
4 : TUBE DE VERRE
5 : PLAQUE UE VERRE 6 : ENTONNOIR
7 : ELECTRODE-CATHETER
..- 7
FIGURE 4
5, No . 12
BLOOD OZYGEN
Yol . 5, No . 12
1103
w a
u
r
a
u N
E
1104
BLOOD .OSYGEN
Vol . 5, No . 12
figure 5 (6lectrode à une membrane de Téflon e = 125) . Les valeurs des électrodes pour un méme mélange oxygéné à température constante sont légèrement inférieures avec deux membranes, mais cette différence est de moins en moins marquée à mesure que le diamètre de la cathode décroît. II ) Performances I) Stabilité : la stabilité instantanée de ces sondes est telle que la dérive est de 2 9..%h. II) LoaQévit6 : pour des électrodes en usage intensif, compte tenu des édesstuels changements de membranes et des repolissages associés, cette longévité est de plusieurs mois ei on prend la précaution de maintenir la téte de la sonde en polarisation dans une solution de 0, 2 M de KC1 à la température ambiante ou à 4°C. III) Temps de réponse : Le Tableau I rassemble lee valeurs de routine
à t4'C ; ce sont les temps qu'emploie tout ensemble électrode -chaihe de mesure-enregistrement à chariot pour quadrupler, voire quintupler la p02 de l'air. Tableau I : Temps de réponse en seconddà 24°C ~Pt 3U1~5 200)5 100)5 75)5 . 5~
.~~
`/.
Téflon 6}5
Téflon 125
80 50 80 'S0 80 50 80 50 80 50 BO 50 80 50
1 75 1 1 0 75 1 25 0 75 0 75 0 25 1 0 50 1 50 0 75 1 0.50
2 1 1 0 75 1 75 0 75 1 25 0 75 1 25 0 50 1 75 0 75 1, 50 1
Téflon 6}5 + cellophane 12p
~
3 1 3 1 2 75 1 25 1 75 0 75 3 1 2 50 1 2-2, 50 1
Téflon 12y5 + ellophane 125 6 2 6 2 5 75 2 75 2 75 1 Montages non ~
fonctionnels
IV~Sensibilité .thermique : un, certain effet thermoélectrique de . l'ordre de 2, 5-39.ß'C se manifeste. V) Influence de la pression statique ae Tableau II rassemble les valeurs. Pour les électrodes à cathode de diamètre 17)5, la sensibilité à la pression statique dans les limites considérées est nulle.
1105
B7~OOD 0%YGEN
Yol . 5, No . 12
TABLEAU II ELECTRODES 300 I
766 77 5 35 88
torrs nA . 02 torrs
Téfloa 6~ seul
cathode 810 83 38 42
1060 113 52 3
900 94 43 52
Téflon 12~ seul 769 118 81, 18
torrs I nA p02 (torrs)
798 126 86, 68
1019 145 99 76
918 138 94 94
Téflon 6~ + cellophane 12~ torrs I nA 02 torrs
86T 35 35 14
963 41 41 16
1045 45 45 18 Téflon 12~ + cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
759 ~ 73 82, 92
ELECTRODES 200
820 78
830 83 94, 28
(~ cathode
767 65 23 20
torrs I nA 02 torrs
787 T5 85, 2
838 74 26 41
1027 8T ~98 . 83
Téflon 6~ seul 1040 80 28 56
881 77 27 48
Téflon 12~ seul 790 50 24 95
torrs I aA p02 (torrs
824 52 25 94
1040 70 34 93
935 62 30 93
Téflon 6~ + cellophane 17.E torrs I (nA) p02 (torrs)
~
767 22 25, 89
L
906 1045 31 ~ 36 . 5 36 .48 42, 96 Téflon 12~ +cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
750 40 49, 36
787 44 54 29
803 46 56 76
817 58 71 57
lOlO 70 8638
Yol .
BIAOD 07CYGEN
1106
5,
No . 12
TABLEAU II (suite) ELECTRODES 100
~ cathode
762 z6 85
800 27 89
torrs I nA v02 (torrs)
Téflon 6~ seul 930 29 5 97 3
1140 32 ~ 105, b
1050 31 5 103, 9
Téflon 12~ seul torrs I aA n02 lterrs)
762 31 5 5? . 7
860 22 61 . 16
1140 24 66, 7
976 23 63, 9
Téflon b~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
T60 10 69
910 12 82 8
1035 13 3 91 7
1150 15 5 96 6 Téfloa 12~ + cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
765 8 48
885 95 57
1000 105 63
Téflon 6~ seul
ELECTRODES 75yß (~ cathode torrs I nA n02 lterrsl
759 11 3 55 . 5
898 11 8 57 . 8
1145 12 ~ 72
945 12 2 59 . 7
1043 12 5 bl, 2
1139 12 5 bl, 2 ~
1
Téflon 12~ seul torrs I (nA) p02 (torrs)
755 7 52 5
837 T 2 54
981 7 5 56, 2
1110 7 7 57, 7 Téflon 6~+ cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
759 545 63, 7
902 58 67 8
994 62 72 5
1043 64 74, 8
1139 65 ~ 76
Téflon 12~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
7'59 44 66, 4
850 45 67 9
947 485 73 2
968 505 76, 2
1130 535 80, 7
110~
BIAOD OâYGER
Qol . 5, No . 12
TABLEAU II (fia) Téflon 6p seul
ELECTRODES 50p ~ cathode p torr I~nA) p02 (torrs)
769 10 4 I 79
824 10 7 81, 3
1003 12, 4 86, 6
1150 12 6 Téflon 12~ seul
758 torrs 4, 6 I (nA) Ïn02(torrsl T 60, 7
817 5 66
1040 6, 5 85, 8
T
1140 7 92 4 Téflon 6~ + cellophane 12~
torrs I nA X02 torrs
765 27 71 8
856 28 74 4
1020 3 1 82 4
Téflon 6~ seul
ELECTRODES 30~ (~ cathode torrs I nA p02~torrs
755 12 7 93 47
798 13 3 97 88
1145 3 3 87 7
948 14 7 108 19
1062 16 117 76
1151 16 5 121 44
Téflon 12~ seul torrs I nA v02 (torrs)
760 75 138
919 78 143
938 81 149
1039 86 158,2
1150 92 ~ 169.2
Téflon 6~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
755 19 5 128, 7
778 19 7 130, 02
895 20 ~ 132
1039 20 5 ~ 135, 3
1135 20 5 135 3
1108
BLOOD 0%YGEN
Vol . 5, No . 12
YI) Influence cinétique : les figures 6, 7, 8, 9, 10 rassemblent les pourcentages de variations pour les électrodes ayant des cathodes allant de
300 â 17~ de diamètre â~= 37'C . Il ressort essentiellement de ces mesures que les sondes en polyéthylène â cathode de 17~ et à. double membrane (Téflon 6~ + cellophane 12~l~prééentent une influence cinétique très faible de l'ordre de
3, 75 °fe entre 3, 4ml~mn et 182m1~mn et de 5, 8 °fe pour une valeur de débit conventionnellement considérée comme 0 et 182m1~mn (la convention consiste ici â définir le 0 de la manière suivante : la pompe set arrdtée alors que son débit est de 182m1~mn. II se produit une chute brutale de p02 d'origine cinétique suivie d'une baisse amortie et indéfinie qui peut Etre considérée comme une consommation d'oxygène par l'électrode ; la valeur de 0 est prise à ce qu'on estime systématiquement ~tre le début de cette baisse indéfinie) . Pour des électrodes â. cathode de ~= 17~ et anode tubulaire de e= 210 mm montées sur "Rapol" (plue rigide que le polyéthylène), l'influence cinétique est de 3, 3 % à 24°C ou à 37°C entre 0 et 182m1. DISCUSSION Ainsi des sondes â oxygéna de petit diamètre, stables, â réponse rapide, et peu sensibles aux influences bariquee et cinétiques ont été réalisées et noue disposons donc d'une gamme de capteurs â oxygène permettant des mesures dans des conditions variables. En effet, dans le choix de telle ou telle électrode en fonction du diamètre de la cathode, tout dépend de ce que l'on s'efforce de mesurer . Par exemple en milieu artériel et intra-auriculaire droit m8me chez le Lapin - et a fortiori chez 1~Iiomme - le débit sanguin set tel qu'une électrode de 300 de diamètre, plue facile â construire, est valable et, d'ailleurs, les valeurs des p02 artérielle et veineuse obtenues précédemment (1) étaient théoriques ; de sorte que cette sensibilité au débit peut n'avoir qu'une importance relative . De plus ei une électrode à p02 est moins sensible au débit par suite d'une part de sa cathode de très petit diamètre,et d'autre part de la présence d'une double membrane (cas de la sonde â cathode de diamètre 17~ à double membrane) une telle électFode : 1) ne permet pas de lecture aussi aisée sur le cadran du nanoampèremètre par suite de la difficulté d'apprécier des fractions de graduation et 2) elle
n'offre
pas
une sensibilité de lecture aussi grande qu'une électrode à cathode plue épaisse comme il ressort de la figure 5, I = f (~). Mais il est évident que lorsqu'on
Vol .
5, No. 12
1109
BLOOD OXYGEN
rsrVow
arz oxl
1=
rsrLaa ÉP f csi.t aaxaas
u~
FIGURE 6
BLOOD OXYGEN
1110
r.L~cá~oL Ds suT
s , 3,-
Vol . 5, No . 12
TZIrLONI fit
_
TarLOrI Ur
TtrLON
Gp . CZL4,0P.AX_
TZr1 .CN UP + CZLLOPHM
11~-
FIGURE
Vol . 5; No . 12
BLOOD OZYGEN
Vol .
BLOOD OXYGEN
1112
5, No .
1CL"GTRMli 76r e . !7K.
so
too
tso
om3/+n.
12
BIAOD 0%3CGEN
Yol. 5, No . 12
1113
LLtCTAODF.:s 1~
~" ~7 "C
FIGURE 10 ZO
Tti'IAN 6r
10
Tp'tAN i~, i CELLOPHANE 12p 0
SO
100
ISO
DtDIT esn /ma
1114
BLOOD 0%YGEN
Yol. 5, No . 12
cherche à connailre la p02 d'un vaisseau où circule le sang à faible débit, il
set indispensable d'utiliser des sondes à cathode de 17~ et double membrane .
Il faut noter que le réflexe su gaz carbonique (1) a pu étre obtenu avec toutes les sondes qui sont présentées ici. SUMMARY Improved techaics of manufacturing and characteristics of sounds for oxygen for deep catheterization are presented. One has specially realized sounds with cathode of platinum of ~=17yß and double membrane (Teflon + cel lophane) mounted on polyethylen or radio-opaque tubes ; the time of response into pure oxygen at 24°C is 80% of the full reaction and the influence of coavexion is about 3% only . (Travail fait sous contrat 65-FR-071 de la D. G. R . S. T. Nous remercions M. Castanié pour son aide technique. ) BIBLIOGRAPHIE
1 . B . RYBAK, Life Sciences
3
1123 (1964) .
2. B. RYBAK, J. de Physiol . 57, 696 (1965) . 3 : B . RYBAK, Life Sciences 3,725 (1964) . 4. B. RYBAK, Abstracts XXIII Intern . ConQ . Physiol. Sc, Tokyo, 240 (1966) . 5. J. W. SEVERINGHAUS & A. F. BRADLEY, J. Appl, Phyeiol. 13, 515 (1958) .
~Pergamon Press Ltd.
PERFECTIONNEMENTS ET CARACTÉRISTIQUES DES SONDES A OXYGENE B. Rybak et L. Le Camus Zoophysiologie, Faculté des Sciences, Caen, France (&eceived 24 1[a,rch 1966 ; in final foret 20 April 1966) La mise au point d'une sonde munie d'un capteur polarographique à oxygbae (1) pour cathétérismes profonde intra-veineux et intra-artériel (2) a permis de déterminer l'état d'oxygénation in situ et en continu d'un organisme ou d'une de ses régions et de mettre en évidence un réflexe végétatif (3) (4). Noua avons cherché à perfectionner cette sonde d'une part en la miniaturisant et d'autre part en diminuant au maximum son temps de réponse et sa seasibilité au débit. MATÉRIEL I Animal : le Lapin d'élevage noir, adulte a été utilisé après anesthésie à l'uréthane (1, 7 à 2g~kg poids vif) et héparinage . Les cathétérismes ont été généralement pratiqués d~ae part jusque dans la crosse aortique via la carotide commune gauche, d'autre part jusque dans l'oreillette droite via la juguJ Taire externe droite.
II) Mesures : l'ensemble instrumental est celui utilisé précédemment (1) (3 ). f"
Les calibrations des sondes se font dans les conditions BTPS à l'aide d'un humidificateur d'air pulsé, thermostaté, qui â été construit au Laboratoire en verre Pyrex. Les dosages de mélange gazeux ont été réalisés avec l'appareil de SCHÔLANDER . Pour les mesures de débit in vitro faites à 37'C ou à 24'C, on a utilisé : 1) une pompe électrique à circulation de JOWELET donnant des débits de 3, 4ml~mn à 182m1~mn ;. 2) une seringue à perfusion continue "BRAUN" pouvant débiter de 0, 5ml~mn à lOml~mn. Le liquide circulant était soit la solution de RINGER soit une solution 0, 2 M de KCl. Pour les mesures de pression oa a mis en asuvre tant â 37'C qu'à 24'C un manomètre à mercure de type LUDWIG associé à une grosse seringue permettant de graduer la pression.
Étant donné que les réactions polarographiques consomment des quantités faibles mais non nulles d'oxygéne il importe d'opérer rapidement et d'une 1097
Vol. 5, No . 12
BLOOD 0%YGEN
1098
manière toujours identique à elle-méme . Pour la détermination des tempe de réponse l'électrode branchée sur l'appareillage de mesure est introduite â 24°C dans la phase gazeuse (oxygène â 100%) d'un ballon renfermant de l'eau d'humidific ation. RESULTATS 1 Améliorations dans la construction des capteurs La miniaturisation de l'ensemble constitue une préoccupation importante étant donné la nécessité d'introduire la sonde dans un vaisseau de petit diamètre . D'autre part la réduction du diamètre de la cathode de platine réduction qui, d'aprês SEVERINGHAUS et BRADLEY (5), diminue la sensibilité des électrodes de polarographie aux influences cinétiques - constitue une préoccupation majeure. Noue avons aussi examiné la question du nombre de membranes recouvrant les électrodes en ce qui concerne les influences cinétiques . Désormais les sondes sont construites soit avec des tubes de polyéthyléne soit avec des tubas radio-opaques ("Rapol" ou "Rflsch"). Les différents temps sont les suivante A. Confection de la téte 1/ Confection de l'apode : l'anode est découpée dans une feuille d'argent vierge dont l'épaisseur est de 210, 110 ou 120 mm, découpage selon la forme indiquée dans la figure la. Le chadx des épaisseurs d'argent dépend du diamètre de la cathode de platine ; en effet il s'est avéré que pour~Pt~ 100 il était préférable d'utiliser des feuilles d'argent de e = 110 mm et qu'en-dessous de
Pt = 30~, il était préférable d'utiliser des feuilles d'argent de e = 210 mm ceci, de façon â consolider la téte, les fils de ~Pt~ 50~ ne formant pas un centre suffisamment rigide au sein de la masse d'araldite . L'anode set ensuite appliquée sur un mandrin de diamètre approprié de façon à lui donner une forme cylindrique (Fig. lb) telle qu'un fil de cuivre émaillé
((P=
110 mm) puisse
étre~eoudé sur une génératrice du cylindre constitué par la queue de l'anode.
FIGURE 1
vol . 5, xo . i2
Broon omrGEx
io99
2~ Confection de la cathode et mise en place du diélectrique anode-cathode le fil de platine de la cathode est soudé à l'étain sur un fil de Liaison en cuivre émaillé (~= 110 mm) et introduit dans la lumière d'un tube de polyéthylène préalablement étiré de façon à ce que son diamètre intérieur soit amené à environ 50~ pour lee cathodes â(~Se30~ et à des diamètres proportionnés pour les cathodes de plue grand diamètre. Pour faciliter les opérations de centrage et l'introduction de la résine entre la cathode et le cathéter, l'extrémité de platine du fil sort sur 2-3 cm de l'extrémité du tube cathéter . De l'araldite en présence de son catalyseur est appliquée en un point du fil de platine et, par un mouvement de va et vient l'araldite est introduite sur une certaine longueur à l'extrémité du cathéter . La présence de ce petit tube a permis un ce~rage et une mise sous tension convenable de la cathode ; c'est là une étape eaeentielle dans la construction des électrodes à~Pt = 17p. Un second tube de polyéthylène d'un diamètre intérieur adapté au diamètre extérieur du tube précédent est enfilé sur ce dernier tube et recouvre aussi le fil de cuivre ; en déposant sur le tube intérieur de l'araldite en excbs, on colle les deux tubes en les attirant l'un sur l'autre ; un ensemble serai-rigide est constitué (Fig . 2).
,r FIGURE 2 1 : Fil de cuivre = 110 mm
'
2 :'Fil de platine = 17}i
La confection de la téte s'achéve par la mise en place et le collage de la cathode et de son diélectrique dans le cylindre d'argent dont on ferme les Lèvres par serrage â l'aide d'un mandrin de joaillerie . B . Monta¢e terminal :`la téte étant maintenue serrée dans le mandrin, les fils de liaison en cuivre sont enfilés dans un tube en polyéthylène ou en matière radio-opaque et la téta est fixée par collage à l'araldite à l'extrémité du cathéter. Les fila de liaison en cuivre de l'anode et de la cathode sont soudés à un fil blindé - anode au blindage et cathode au fil du câble - (Fig . 3) . La jonction entre Le cathéter et le câble blindé est consolidée par un manchon externe de verre rempli d'araldite. L'araldite sache pendant un jour ?I t4'C
1100
BLOOD 0%YGEN
Yol . 5, No . 12
doras le vide sulfurique d'un dessicateur puis, lors d'un traitement thermique (15 ma à 60'C), l'araldite durçit, le tube de polyéthylène se rétracte et les fils de liaison en cuivre de l'anode et de la cathode se spiralisent. Cette spiralisatioa est favorable puisqu'elle donne une souplesse nécessaire aux sondes, évite des ruptures internes des fils ainsi que la craquelure du vernie isolant, de sorte que la durée de vie de sondes fréquemment utilisées s'en trouve considérablemeat allongée. L'ensemble est alors laissé à évoluer à la température ambiante pendant au moins quelques heures pour les sondes ~ cathode de (~50~et pendant quelques jours. pour les sondes ayant une cathode de~~50~. i
FIGURE 3 :
i
i
i
I
1. v
i
i
y~ T 1 I,~I~1
~ Electrode = 8f10 mm
C. Polissa¢e et finition de la téte :
l'électrode est maintenue serrée
dans le mandrin ; celui-ci sert d'ans à un roulement à bille>rce qui permet un déplacement circulaire doux de l'électrode nécessaire pour effectuer le décou page précis de l'extrémité de la téte et un polissage fin, (opérations effectuées sous loupe binoculaire). La finition s'effectue en deux temps : 1) à l'aide d'une lame de rasoir, le polyéthylène terminal est taillé selon un cane aplati ayant pour sommet la cathode et comme base la limite extréme de l'anode. On procède ensuite su polissage du polyéthylène et de la section du cylindre d'argent . Oa a trouvé avantageux pour les cathodes de ~= 17~ de commencer le polissage selon la génératrice du cane ce qui facilite la mise en place ultérieure de la membrane en donnant un arrondi à l'extrémité de la téta et ce qui évite surtout un affaissement de la cathode ce qui rendrait l'électrode inutilisable ; 2) à l'aide d'une lame de rasoir, on dégage la cathode en sectionnant horiaontalement le polyéthyl~ne à l'extrémité du cane de sorte qu'un méplat termine cette suite d'opérations. Tous ces polissages sont faits comme il a été indiqué (1) et
metttnt en aeuvre essentiellement de la poudre rose d'alumine pour joaillerie
vol . 5,
No . 12
BLOOD 0%YGEx
1101
et de la peau façon Samoa montée our bois . D. Traitements chimiques : les diverses opérations - dégraissage su Teepol, décapage à HN03 et chloruratioa à HC1 - sont identiques à celles décrites antérieurement (1). E. Mine en place des membranes : toutes les opérations de pose se font à l'aeil nu . Dans les montages à une seule membrane de Téflon (6 et 12~ d'épaisseur) celle-ci, dégraissée préalablement su Teepol et rincée à l'eau distillée, est plongée dans une solution 0, 2 M de KC1 et appliquée sur l'extrémité de la téte de l'électrode sur laquelle est posée une goutte de la méme solution. Les pana de la feuille de Téflon sont ligaturés avec du fil à gant (n°120) . En ce qui concerne les électrodes à double membrane (cellophaneTéflon), le procédé qui s'est avéré le meilleur est le eûivaat : les deuz membranes sont appliquées l'une our l'autre en constituant un sandwich sur une couche mince de solution de KC1. Pour que les membranes soient bien étalées pendant cette opération, la première membrane est déplacée sur la surface d'une lame de solution de KCl et la deuxième membrane est glissée sur la ~remiére qui est préalablement recouverte de solution de KC1 (Fig. 4) . Ce procédé évite la formation de microbulles entre les deux membranes, microbulles qui rendraient les électrodes inutilisables. L'ensemble téte-membranes eet introduit dans le tube central d'un petit entonnoir â cane trés aplati, base tournéd vers le bas et on effectue la ligature à l'extrémité du tube aprée l'avoir incliné â 60° environ par rapport à l'horizontale. L'ensemble est redressé â
la verticale, les membranes sont ébarbées et on dépose du collodion à l'éther â 5 °Je our la ligature avec un fin pinceau. La présence éventuelle d'air (opalescence) est contr8lée à la loupe binoculaire."A toue les temps de la fabrication sont effectuée des contralee d'ieolerrient avec un ohmmètre. Des électrodes de petit diamètre ont été réalisées, soit 0, 7 - 0, 8 mm de diamètre extérieur (ce qui correspond à 0, 9 - 1 mm de diamètre extérieur avec membranes) et il a méme été possible de réaliser des électrodes de 0, 5 mm de diamètre extérieur
(ce qui correspond à 0, 7 mm dé diamètre extérieur avec membranes). Le polarogramme E~I définit un plateau dont le centre est généralement situé à 700 750 mV . Si on considère un méme mélange gazeux (ici l'air, soit 21°Je d'ozy= géne) à la marne température (ici 24°C)~les corrélations entre le diamètre de la cathode et l'intensité (en nA) du courant caractéristique, pour une méme épaisseur de membrane, on construit une courbe du type représenté par ~a
BLOOD ORYGEN
1102
Yol .
2
I : LIGATURE 2 : T EF LON 6~S
3 : CELLOPHANE 1Z~
4 : TUBE DE VERRE
5 : PLAQUE UE VERRE 6 : ENTONNOIR
7 : ELECTRODE-CATHETER
..- 7
FIGURE 4
5, No . 12
BLOOD OZYGEN
Yol . 5, No . 12
1103
w a
u
r
a
u N
E
1104
BLOOD .OSYGEN
Vol . 5, No . 12
figure 5 (6lectrode à une membrane de Téflon e = 125) . Les valeurs des électrodes pour un méme mélange oxygéné à température constante sont légèrement inférieures avec deux membranes, mais cette différence est de moins en moins marquée à mesure que le diamètre de la cathode décroît. II ) Performances I) Stabilité : la stabilité instantanée de ces sondes est telle que la dérive est de 2 9..%h. II) LoaQévit6 : pour des électrodes en usage intensif, compte tenu des édesstuels changements de membranes et des repolissages associés, cette longévité est de plusieurs mois ei on prend la précaution de maintenir la téte de la sonde en polarisation dans une solution de 0, 2 M de KC1 à la température ambiante ou à 4°C. III) Temps de réponse : Le Tableau I rassemble lee valeurs de routine
à t4'C ; ce sont les temps qu'emploie tout ensemble électrode -chaihe de mesure-enregistrement à chariot pour quadrupler, voire quintupler la p02 de l'air. Tableau I : Temps de réponse en seconddà 24°C ~Pt 3U1~5 200)5 100)5 75)5 . 5~
.~~
`/.
Téflon 6}5
Téflon 125
80 50 80 'S0 80 50 80 50 80 50 BO 50 80 50
1 75 1 1 0 75 1 25 0 75 0 75 0 25 1 0 50 1 50 0 75 1 0.50
2 1 1 0 75 1 75 0 75 1 25 0 75 1 25 0 50 1 75 0 75 1, 50 1
Téflon 6}5 + cellophane 12p
~
3 1 3 1 2 75 1 25 1 75 0 75 3 1 2 50 1 2-2, 50 1
Téflon 12y5 + ellophane 125 6 2 6 2 5 75 2 75 2 75 1 Montages non ~
fonctionnels
IV~Sensibilité .thermique : un, certain effet thermoélectrique de . l'ordre de 2, 5-39.ß'C se manifeste. V) Influence de la pression statique ae Tableau II rassemble les valeurs. Pour les électrodes à cathode de diamètre 17)5, la sensibilité à la pression statique dans les limites considérées est nulle.
1105
B7~OOD 0%YGEN
Yol . 5, No . 12
TABLEAU II ELECTRODES 300 I
766 77 5 35 88
torrs nA . 02 torrs
Téfloa 6~ seul
cathode 810 83 38 42
1060 113 52 3
900 94 43 52
Téflon 12~ seul 769 118 81, 18
torrs I nA p02 (torrs)
798 126 86, 68
1019 145 99 76
918 138 94 94
Téflon 6~ + cellophane 12~ torrs I nA 02 torrs
86T 35 35 14
963 41 41 16
1045 45 45 18 Téflon 12~ + cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
759 ~ 73 82, 92
ELECTRODES 200
820 78
830 83 94, 28
(~ cathode
767 65 23 20
torrs I nA 02 torrs
787 T5 85, 2
838 74 26 41
1027 8T ~98 . 83
Téflon 6~ seul 1040 80 28 56
881 77 27 48
Téflon 12~ seul 790 50 24 95
torrs I aA p02 (torrs
824 52 25 94
1040 70 34 93
935 62 30 93
Téflon 6~ + cellophane 17.E torrs I (nA) p02 (torrs)
~
767 22 25, 89
L
906 1045 31 ~ 36 . 5 36 .48 42, 96 Téflon 12~ +cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
750 40 49, 36
787 44 54 29
803 46 56 76
817 58 71 57
lOlO 70 8638
Yol .
BIAOD 07CYGEN
1106
5,
No . 12
TABLEAU II (suite) ELECTRODES 100
~ cathode
762 z6 85
800 27 89
torrs I nA v02 (torrs)
Téflon 6~ seul 930 29 5 97 3
1140 32 ~ 105, b
1050 31 5 103, 9
Téflon 12~ seul torrs I aA n02 lterrs)
762 31 5 5? . 7
860 22 61 . 16
1140 24 66, 7
976 23 63, 9
Téflon b~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
T60 10 69
910 12 82 8
1035 13 3 91 7
1150 15 5 96 6 Téfloa 12~ + cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
765 8 48
885 95 57
1000 105 63
Téflon 6~ seul
ELECTRODES 75yß (~ cathode torrs I nA n02 lterrsl
759 11 3 55 . 5
898 11 8 57 . 8
1145 12 ~ 72
945 12 2 59 . 7
1043 12 5 bl, 2
1139 12 5 bl, 2 ~
1
Téflon 12~ seul torrs I (nA) p02 (torrs)
755 7 52 5
837 T 2 54
981 7 5 56, 2
1110 7 7 57, 7 Téflon 6~+ cellophane 12~
torrs I nA p02 (torrs)
759 545 63, 7
902 58 67 8
994 62 72 5
1043 64 74, 8
1139 65 ~ 76
Téflon 12~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
7'59 44 66, 4
850 45 67 9
947 485 73 2
968 505 76, 2
1130 535 80, 7
110~
BIAOD OâYGER
Qol . 5, No . 12
TABLEAU II (fia) Téflon 6p seul
ELECTRODES 50p ~ cathode p torr I~nA) p02 (torrs)
769 10 4 I 79
824 10 7 81, 3
1003 12, 4 86, 6
1150 12 6 Téflon 12~ seul
758 torrs 4, 6 I (nA) Ïn02(torrsl T 60, 7
817 5 66
1040 6, 5 85, 8
T
1140 7 92 4 Téflon 6~ + cellophane 12~
torrs I nA X02 torrs
765 27 71 8
856 28 74 4
1020 3 1 82 4
Téflon 6~ seul
ELECTRODES 30~ (~ cathode torrs I nA p02~torrs
755 12 7 93 47
798 13 3 97 88
1145 3 3 87 7
948 14 7 108 19
1062 16 117 76
1151 16 5 121 44
Téflon 12~ seul torrs I nA v02 (torrs)
760 75 138
919 78 143
938 81 149
1039 86 158,2
1150 92 ~ 169.2
Téflon 6~ + cellophane 12~ torrs I nA p02 (torrs)
755 19 5 128, 7
778 19 7 130, 02
895 20 ~ 132
1039 20 5 ~ 135, 3
1135 20 5 135 3
1108
BLOOD 0%YGEN
Vol . 5, No . 12
YI) Influence cinétique : les figures 6, 7, 8, 9, 10 rassemblent les pourcentages de variations pour les électrodes ayant des cathodes allant de
300 â 17~ de diamètre â~= 37'C . Il ressort essentiellement de ces mesures que les sondes en polyéthylène â cathode de 17~ et à. double membrane (Téflon 6~ + cellophane 12~l~prééentent une influence cinétique très faible de l'ordre de
3, 75 °fe entre 3, 4ml~mn et 182m1~mn et de 5, 8 °fe pour une valeur de débit conventionnellement considérée comme 0 et 182m1~mn (la convention consiste ici â définir le 0 de la manière suivante : la pompe set arrdtée alors que son débit est de 182m1~mn. II se produit une chute brutale de p02 d'origine cinétique suivie d'une baisse amortie et indéfinie qui peut Etre considérée comme une consommation d'oxygène par l'électrode ; la valeur de 0 est prise à ce qu'on estime systématiquement ~tre le début de cette baisse indéfinie) . Pour des électrodes â. cathode de ~= 17~ et anode tubulaire de e= 210 mm montées sur "Rapol" (plue rigide que le polyéthylène), l'influence cinétique est de 3, 3 % à 24°C ou à 37°C entre 0 et 182m1. DISCUSSION Ainsi des sondes â oxygéna de petit diamètre, stables, â réponse rapide, et peu sensibles aux influences bariquee et cinétiques ont été réalisées et noue disposons donc d'une gamme de capteurs â oxygène permettant des mesures dans des conditions variables. En effet, dans le choix de telle ou telle électrode en fonction du diamètre de la cathode, tout dépend de ce que l'on s'efforce de mesurer . Par exemple en milieu artériel et intra-auriculaire droit m8me chez le Lapin - et a fortiori chez 1~Iiomme - le débit sanguin set tel qu'une électrode de 300 de diamètre, plue facile â construire, est valable et, d'ailleurs, les valeurs des p02 artérielle et veineuse obtenues précédemment (1) étaient théoriques ; de sorte que cette sensibilité au débit peut n'avoir qu'une importance relative . De plus ei une électrode à p02 est moins sensible au débit par suite d'une part de sa cathode de très petit diamètre,et d'autre part de la présence d'une double membrane (cas de la sonde â cathode de diamètre 17~ à double membrane) une telle électFode : 1) ne permet pas de lecture aussi aisée sur le cadran du nanoampèremètre par suite de la difficulté d'apprécier des fractions de graduation et 2) elle
n'offre
pas
une sensibilité de lecture aussi grande qu'une électrode à cathode plue épaisse comme il ressort de la figure 5, I = f (~). Mais il est évident que lorsqu'on
Vol .
5, No. 12
1109
BLOOD OXYGEN
rsrVow
arz oxl
1=
rsrLaa ÉP f csi.t aaxaas
u~
FIGURE 6
BLOOD OXYGEN
1110
r.L~cá~oL Ds suT
s , 3,-
Vol . 5, No . 12
TZIrLONI fit
_
TarLOrI Ur
TtrLON
Gp . CZL4,0P.AX_
TZr1 .CN UP + CZLLOPHM
11~-
FIGURE
Vol . 5; No . 12
BLOOD OZYGEN
Vol .
BLOOD OXYGEN
1112
5, No .
1CL"GTRMli 76r e . !7K.
so
too
tso
om3/+n.
12
BIAOD 0%3CGEN
Yol. 5, No . 12
1113
LLtCTAODF.:s 1~
~" ~7 "C
FIGURE 10 ZO
Tti'IAN 6r
10
Tp'tAN i~, i CELLOPHANE 12p 0
SO
100
ISO
DtDIT esn /ma
1114
BLOOD 0%YGEN
Yol. 5, No . 12
cherche à connailre la p02 d'un vaisseau où circule le sang à faible débit, il
set indispensable d'utiliser des sondes à cathode de 17~ et double membrane .
Il faut noter que le réflexe su gaz carbonique (1) a pu étre obtenu avec toutes les sondes qui sont présentées ici. SUMMARY Improved techaics of manufacturing and characteristics of sounds for oxygen for deep catheterization are presented. One has specially realized sounds with cathode of platinum of ~=17yß and double membrane (Teflon + cel lophane) mounted on polyethylen or radio-opaque tubes ; the time of response into pure oxygen at 24°C is 80% of the full reaction and the influence of coavexion is about 3% only . (Travail fait sous contrat 65-FR-071 de la D. G. R . S. T. Nous remercions M. Castanié pour son aide technique. ) BIBLIOGRAPHIE
1 . B . RYBAK, Life Sciences
3
1123 (1964) .
2. B. RYBAK, J. de Physiol . 57, 696 (1965) . 3 : B . RYBAK, Life Sciences 3,725 (1964) . 4. B. RYBAK, Abstracts XXIII Intern . ConQ . Physiol. Sc, Tokyo, 240 (1966) . 5. J. W. SEVERINGHAUS & A. F. BRADLEY, J. Appl, Phyeiol. 13, 515 (1958) .