Pengatur Tekanan
Tidak seperti suplai gas pipa yang umumnya bertekanan gas konstan, terdapat variasi tekanan yang besar pada silinder yang membuat kontrol aliran lebih sulit dan berpotensi berbahaya. Untuk keamanan dan memasikan penggunaan optimal dari gas silinder, mesin menggunakan pengatur tekanan untuk menurunkan tekanan gas silinder ke 45-47psi, sebelum memasuki katup aliran. Tekanan ini sedikit lebih rendah dari tekanan gas pipa untuk secara otomatis memakai gas pipa jika silinder dibiarkan terbuka (kecuali jika tekanan pipa turun dibawah 45psig). Setelah melewati Bourdon pressure gauge dan katup searah, gas pipa dan silinder melewati jalur yang sama. High-pressure relief valve disediakan untuk tiap gas dan akan terbuka jika tekanan gas suplai lebih dari batas aman mesin (95-110psig). Beberapa mesin (Datex-Ohmeda) juga menggunakan pengatur kedua untuk menurunkan tekanan pipa dan silinder lebih jauh (pengaturan tekanan dua tahap). Oxygen diturunkan ke 20psig dan nitrous oxide ke 38psig. Perbedaan penurunan antara kedua gas penting untuk fungsi yang benar dari aliran oxygen/nitrous oxide. Mesin lain (Draeger) tidak menurunkan tekanan pipa, jadi katup alirannya menerima gas pada 45-55psig. Pengaturan tekanan dua tahap mungkin dibutuhkan untuk flowmeter oxygen tambahan, mekanisme flush oxygen, atau untuk tenaga pneumatik ventilator.
Oxygen Supply Failure Protection Device
Dimana suplai oxygen dapat langsung menuju flow control valve, nitrous oxide, udara (pada beberapa mesin), dan gas lain harus melewati alat pengaman sebelum mencapai flow control valve masing-masing. Pada beberapa mesin, seperti Aestiva (dan model Datex-Ohmeda terakhir) udara dapat langsung menuju flow control valvenya; ini memungkinkan pemberian udara ketika oxygen tidak ada. Alat ini membolehkan aliran gas-gas lain hanya jika terdapat tekanan oxygen yang cukup pada alat pengaman dan mencegah pemberian campuran hipoxik kepada pasien ketika kegagalan oxygen. Jadi selain mensuplai oxygen ke flow control valvenya, oxygen juga digunakan untuk memberi tekanan pada alat pengaman, katup flush oxygen, dan power outlet untuk ventilator (pada beberapa model). Alat pengaman mendeteksi tekanan oxygen melalui jalur “piloting pressure”. Pada beberapa desain mesin anestesi (Datex-Ohmeda Excel), jika jalur piloting pressure jatuh dibawah ambang batas (cth, 20psig), katup penutup akan tertutup mencegah pemberian gas apapun.
Mesin-mesin modern (khususnya Datex-Ohmeda) mempunyai alat pengaman secara proporsional untuk menggantikan katup penutup model lama. Alat ini, disebut sebagai oxygen failure protection device (Draeger) atau balance regulator (Datex-Ohmeda), secara proporsional menurunkan tekanan nitrous oxide dan gas lain kecuali udara. Alat ini hanya menutup total nitrous oxide dan aliran gas lain hanya jika tekanan oxygen dibawah minimum (cth. 0.5psig untuk nitrous oxide dan 10 psig untuk gas lain).
Semua mesin memiliki sensor suplai oxygen tekanan rendah yang mengaktifkan pluit gas atau bunyi alarm ketika tekanan gas inlet jatuh dibawah ambang (biasanya 20-35psig). Harus ditekankan bahwa alat pengaman ini tidak melindungi terhadap penyebab hipoksia yang lain.
Flow Valves & Meters
Ketika tekanan telah diturunkan ke level aman, setiap gas harus melewati flow-control valve dan diukur dengan flowmeter sebelum bercampur dengan gas lain, lalu memasuki vaporizer dan keluar dari mesin melalui common gas outlet. Jalur gas yang dekat ke flow valve dipandang sebagai circuit yang bertekanan tinggi dimana yang berada diantara flow valve dan common gas outlet dipandang sebagai bagian circuit bertekanan rendah. Ketika tombol dari flow-control valve diputar berlawanan jarum jam, sebuah jarum pada valve berpindah dari tempatnya dan membiarkan gas mengalir melalui valve. Adanya penghentian di posisi full-off dan full-on mencegah kerusakan valve. Touch- dan color-coded tombol kontrol membuat lebih sulit untuk membuka gas yang salah on atau off. Sebagai pengaman tambahan, tombol oxygen biasanya lebih besar dan menonjol keluar dibandingkan tombol yang lain, dan posisinya lebih ke kanan.
Flowmeter pada mesin anestesi diklasifikasikan sebagai constant-pressure variable-orifice atau electronic flowmeter. Pada constant-pressure variable-orifice flowmeter, sebuah bola indikator, bobbin atau float yang diapungkan oleh aliran gas melalui tabung (Thorpe tube) yang dindingnya (bore) diberi penanda angka. Dekat bawah tabung, dimana diameternya kecil, gas aliran rendah akan memberikan tekanan yang cukup dibawah float untuk mengangkatnya di dalam tabung. Ketika float terangkat, diameter tabung melebar, memungkinkan lebih banyak gas untuk melewati float. Float akan berhenti terangkat ketika beratnya terangkat hanya oleh perbedaan tekanan diatas dan dibawahnya.
Flowmeter dikalibrasikan untuk spesifik gas, karena alilran melewati celah ergantung dari viskositas gas pada aliran laminar lambat dan densitasnya pada aliran turbulen yang cepat. Untuk meminimalisir efek dari friksi antara gas dan dinding tabung, float diidesain untuk berotasi konstan, hingga tetap di tengah tabung. Pelapisan bagian dalam tabung dengan zat konduktiv akan mengurangi efek listrik statis. Beberapa flowmeter mempunyai dua tabung kaca, satu untuk aliran lambat dan satu lagi untuk aliran cepat. Kedua tabung tersusun serial dan tetap dikontrol oleh satu katup. Desain dual taper memungkinkan sebuah flowmeter untuk dapat mengukur aliran lambat dan cepat. Penyebab malfungsi flowmeter antara lain adanya kotoran dalam tanbung, tabung yang tidak lurus secara vertikal dan float yang menempel di puncak tabung.
Jika terdapat kebocoran di atau setelah flowmter oksigen, campuran gas hipoksik dapat terkirim ke pasien. Untuk mengurangi resiko, flowmeter oksigen selalu diposisikan lebih hilir dibandingkan flowmeter yang lain (paling dekat ke vaporizer).
Beberapa mesin anestesi mempunyai pengontrol aliran dan pengukuran secara elektronik (cth Datex-Ohmeda S/5 Avance. Pada keadaan ini terdapat cadangan flowmeter konvensional untuk oksigen. Model lain memiliki flowmeter konvensional tetapi pengukuran elektronik. (Draeger 6400) dan tampilan digital (Draeger Fabius GS) atau tampilan digital/grafis (Datex-Ohmeda S/5 ADU. Jumlah penurunan tekanan yang disebabkan oleh restriktor flowmeter adalah dasar pengukuran dari aliran gas pada sistem ini. Pada mesin-mesin ini, oksigen, nitrous oxida, dan udara masing-masing memiliki alat pengukuran aliran elektronik yang berbeda sebelum akhirnya bercampur.
- Aliran oksigen minimum
Katup aliran oksigen biasanya didesain untuk mengirimkan aliran minimum 150 mL/mnt ketika mesin anestesi dihidupkan. Salah satu metode menggunakan resistor aliran minimum. Alat pengaman ini memastikan oksigen akan ikut mengalir meskipun operator terlupa untuk mengidupkan aliran oksigen. Beberapa mesin didesain untuk mengirimkan alian minimum atau low-flow-anestesia (<1L/mnt) dan mempunyai aliran oksigen minimum hingga 50mL/mnt (spt Datex-Ohmeda Aestiva/5)
- Pengontrol Rasio Oksigen/Nitrous Oksida
Sebuah pengaman lain dari mesin anestesi adalah hubungan aliran gas nitrous oksida terhadap aliran oksigen, pengaturan ini memastikan konsentrasi minimum oksigen sebesar 21-25%. Pengontrol rasio oksigen/nitrous oksida menghubungkan kedua katup aliran gas secara mekanis (Datex-Ohmeda), pneumatis atau secara elektronis (Datex-Ohmeda S/5), harus diperhatikan bahwa alat pengaman ini tidak berefek terhadap aliran gas lain (spt udara, helium atau karbon dioksida)
Vaporizer (Penguap)
Anestetik volatil (spt halothan, isoflurane, desflurane atau sevoflurane) harus diuapkan sebelum dikirimkan ke pasien. Vaporizer mempunyai knob yang dikalibrasikan untuk konsentrasi yang secara tepat menambahkan anestetik volatril ke campuran aliran gas dari seluruh flowmeter. Terletak antara flowmeter dan common gas outlet. Lebih lanjut, kecuali mesin hanya bisa menampung satu vaporizer, semua mesin anestesi harus mempunyai alat interlocking atau ekslusi untuk mencegah penggunaan lebih dari satu vaporizer secara bersamaan.
- Fisika dari penguapan
Pada temperatur tertentu, melekul dari zat volatil dalam tempat tertutup akan berdistribusi dalam fase cair dan gas. Molekul gas menghantam dinding kontainer, menciptakan tekanan uap dari zat itu. Makin tinggi temperaturnya, makin tinggi kecendrungan molekul berubah dari cair ke gas, dan makin tinggi tekanan uapnya. Penguapan memerlukan energi, yang didapat dari kehilangan panas dari fase cair. Ketika penguapan berlangsung, temperatur zat cair turun dan tekanan uap menurun hingga terdapat kalor yang dapat masuk ke sistem. Vaporizer memiliki ruangan dimana gas pembawa akan larut bersama zat volatil.
- Ketel tembaga
Vaporizer ketel tembaga tidak lagi digunakan secara klinis, bagaimanapun juga, mengerti cara kerjanya akan memberikan pemahaman terhadap pemberian zat volatil. Diklasifikasikan sebagai measured-flow vaporizer (atau flowmeter-controlled vaporizer). Didalam ketel tembaga, sejumlah gas pembawa akan melewati zat anestetik yang dikontrol oleh flowmeter, Katup ini akan ditutup ketika sirkuit vaporizer tidak dipakai. Tembaga digunakan sebagai bahan konstruksi karena sifat spesifik panasnya. (Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebanyak 1oC) dan konduktifitas termal yang baik (kecepatan konduktifitas panas melewati zat) membantu kemampuan vaporizer untuk tetap pada temperatur yang konstan. Seluruh gas yang memasuki vaporizer melawti cairan anestesi dan akan bercampur dengan uap. Satu ml cairan anestetik sama dengan 200 ml uap anestesi. Karena tekanan uap dari zat anestesi lebih besar dari yang tekanan parsial yang dibutuhkan untuk anestesia, gas yang sudah bercampur akan meninggalkan ketel harus diencerkan terlebih dahulu sebelum mencapai pasien.
Sebagai contoh , tekanan uap halotan adalah 243 mmHg pada 20oC, jadi konsentrasi halotan ketika keluar dari ketel tembaga pada 1 atmosfer adalah 243/760, atau 32%. Jika 100ml oksigen memasuki ketel, sekitar 150 ml gas akan keluar, yang sepertiganya adalah uap halotan. Sebagai kontras, tekanan parsial yang hanya 7mmHg atau kurang dari 1% konsentrasi (7/760) pada 1 atmosfer yang dibutuhkan untuk anestesi. Untuk memberikan 1% konsentrasi halotan, 50 ml uapo halotan dan 100ml gas pembawa yang meninggalkan ketel tembaga harus di encerkan dengan 4850 gas yang lain (5000-150 =4850). Setiap 100 ml oksigen yang melewati vaporizer halothan akan memberikan konsentrasi halotan 1 % jika total aliran gas pada sirkuit pernafasan sebesar 5L/mnt. Jadi, jika total aliran sudah ditetapkan, aliran melewati vaporizer akan menentukan konsentrasi akhir dari zat anestesi. Isofluran mempunyai tekanan uap yang hampir sama. Jadi terdapat hubungan yang sama antara aliran ketel tembaga, aliran gas total, dan konsentrasi zat anestetik. Bagaimanapun juga, jika aliran gas total turun tanpa disengaja (cth. Kehabisan suplai nitrous oksida), konsentrasi volatil anestetik akan naik dengan cepta ke tingkat yang berbahaya.
- Vaporizer Modern Conventional
Seluruh vaporizer modern spesifik agen, mampu untuk memberikan konsentrasi konstan dari agen tidak tergantung suhu, atau aliran melewati vaporizer (tabel 4-3). Memiutar knob berlawanan jarum jam ke persentase yang diinginkan akan membagi aliran gas ke gas pembawa, yang akan mengalir melewati cairan anastetik di vaporizer chamber, dan sisanya akan keluar dari vaporizer tidak berubah. Karena sejumlah gas yang memasuki tdak pernah bersentuhan dengan cairan anestetik, tipe vaporizer ini disebut juga variable –bypass vaporizer.
Kompensasi suhu didapat dari bilah yang terbuat dari dua buah metal yang disatukan. Bilah metal menjadi lurus atau melengkung sebagai akibat dari perubahan suhu. Ketika suhu turun, kontraksi diferensial menyebabkan bilah membengkok dan mengakibatkan lebih banyak gas yang melewati vaporizer. Ketika suhu naik, ekspansi diferensial menyebabkan bilah membengkok ke arah yang lain dan mencegah lebih banyak gas memasuki vaporizer. Kecuali pada keadaan ekstrim (<250ml/mnt atau > 15 L/mnt), perubahan derajat aliran dalam range tidak akan berefek secara signifikan terhadap konsentrasi karena beberapa proporsi dari gas diekspos ke cairan. Perubahan komposisi gas, bagaimanapun juga, dari 100% oksigen menjadi 70% nitrous okside dapat menurunkan konsentrasi volatil anestetik dikarenakan kelarutan yang lebih besar dari nitrous oksida pada zat volatil.
Vaporizer-vaporizer ini adalah agen spesifik, mengisi mereka dengan zat yang tidak sesuai harus dihindari. Sebagai contoh mengisi vaporizer enfluran secara tidak sengaja dengan halotan akan menyebabkan overdosis zat anestetik. Karena tekanan vapor halotan yang lebih besar (243mmHg versus 175 mmHg) akan menyebabkan jumlah vapor 40% lebih banyak yang dilepaskan. Kedua, halotan dua kali lebih poten dibanding enfluran. Kebalikannya, mengisi vaporizer halotan dengan enfluran akan menyebabkan kurangnya dosis anestetik. Vaporizer modern menawarkan p engisian vaporizer dengan kunci khusus yang akan mencegah pengisian dengan agen yang salah.
Memiringkan berlebihan dari vaporizer zaman dahulu (Tec4, Tec 5, dan Vapor 19) selama pemindahan akan membanjiri daerah baypass dan akan menyebabkan konsentrasi tinggi dari anestetik yang berbahaya. Fluktuasi dalam tekanan dari ventilasi tekanan positif dari mesin anestesi zaman dahulu dapat menyebabkan aliran balik melewati vaporizer, “Pumping effect” ini lebih jelas ketika aliran gas rendah. Katup satu arah antara vaporizer dan oxygen flush valve (Datex-Ohmeda).
- Vaporizer Elektronik
Vaporizer Desfluran haruslah yang dikontrol secara elektronik, dan vaporizer elektronik juga digunakan untuk semua jenis volatil pada mesin anestesi yang canggih (cth Datex-Ohmeda S/5 ADU)
1. Vaporizer Desfluran-Tekanan vapor desfluran sangat tinggi pada permukaan laut hingga hampir mendidih pada suhu ruangan. Volatilitas yang tinggi ini, digabung dengan potensi yang hanya seperlima dari zat volatil lain, menyebabkan keunikan dalam pemakaiannya. Pertama, karena vaporisasi yang dibutuhkan untuk anestesi umum akan menyebabkan efek pendinginan yang akan membatasi kemampuan vaporizer untuk tetap pada suhu konstan. Kedua, karena memvaporisasi dengan luar biasa, dibutuhkan aliran gas yang sangat banyak untuk melarutkan gas pembawa hingga menjadi konsentrasi yang sesuai untuk penggunaan klinis. Masalah ini telah diatasi dengan dibuatnya vaporizer khusus desfluran, Tec 6, Tec 6 plus dan D Tec (vaporizer blender yang dipanaskan). Sebuah reservoir yang berisi desfluran (desfluran sump ) dipanaskan secara elektri hingga 39oC, menciptakan tekanan vapor sebesar 2 atm. Tidak seperti variable-bypass vaporizer, tidak ada fresh gas flow melewati desflurane sump. Vapor desflurane murni akan bercampur dengan campuran gas sebelum keluar dari vaporizer. Jumlah vapor desflurane yang dilepaskan dari sump tergantung dari konsentrasi yang diinginkan dengan memutal dial kontro dan fresh gas flow rate, vaporizer tidak dapat mengkompensasi secara otomatis perubahan ketinggian. Penurunan tekanan ambien (cth dataran tinggi) tidak mempengaruhi konsentrasi agen yang dihasilkan, tetapi menurunkan tekanan gas parsial dari age3n. Jadi, pada dataran tinggi, anestesiologist harus menaikkan konsentrasi zat secara manual.
2. Aladin casette vaporizer- Vaporizer ini didesain untuk digunakan pada Datex-Ohmeda S/5 ADU dan mesin yang mirip. Aliran gas dari flow control dibagi menjadi aliran bypass dan aliran yang melewati cairan (Fig 4-21). Yang terakhir disebutkan adalah Aladin casette vaporizer yang agen spesifik yang diberi kode warna. Mesin hanya dapat menerima satu vaporizer pada satu waktu dan mengenali jenis vaporizer melalui label magnetik. Vaporizer ini tidak mengandung saluran untuk aliran bypass, jadi, tidak seperti vaporizer konvensional, zat anestetik cair tidak dapat tumpah ketika vaporizer sedan dibawa dan vaporizer dapat dibawa dengan posisi apapun. Setelah casette diletakkan di mesin, aliran yang melewati zat anestesi akan bersatu dengan aliran bypass sebelum keluar dari fresh gas outlet. Menyesuaikan rasio antara aliran bypass dan aliran yang melewati zat anestesi akan mengubah konsentrasi dari zat anestesi yang diberikan kepada pasien.. Dalam praktek, klinisi mengubah konsentrasi dengan memutar knob yang terhubung dengan potensiometer digital. Software akan menset konsentrasi gas agen yang diinginkan sesuai dengan output pulse dari knob. Sensor di casette mengukur tekanan dan suhu, jadi menentukan konsentrasi agen pada gas yang meninggalkan casette. Aliran pada zat anestesi yang benar dihitung berdasarkan konsentrasi fresh gas yang diinginkan dan konsentrasi gas di casette yang telah ditentukan.
Common (Fresh) Gas Outlet
Berlawanan dengan multiple gas inlet yang dimiliki, mesin anestesi hanya memiliki satu common gas outlet yang mensuplai gas ke sirkuit pernafasan . Nama fresh gas outlet juga sering digunakan karena perannya dalam menambahkan gas yang jelas komposisinya ke circle system. Tidak seperti model terdahulu, beberapa mesin baru mengukur dan melaporkan aliran gas di common outlet (Ohmeda-Datex s/5 ADU dan Narkomed 6400). Sebuah alat antidisconnect digunakan untuk mencegah terlepasnya dari selang gas yang menghubungkan mesin dengan sirkuit pernafasan.
Oxygen flush valve memberikan aliran besar (35-55l/mnt) dari oksigen langsung ke common gas outlet, dengan membypass flowmeter dan vaporizer. Digunakan untuk mengisi atau membilas secara cepat dari sirkuit pernafasan, tetapi karena oksigen yang diberikan pada tekanan 45-55psig, terdapat bahaya yang nyata terjadinya barotrauma. Untuk alasan ini, flush valve harus digunakan secara hati-hati ketika pasien tersambung ke sirkuit pernafasan. Beberapa mesin memiliki regulator tahap kedua untuk menurunkan tekanan oksigen flush. Pelindung disekeliling tombol flush mencegah kemungkinan penggunaannya secara tak sengaja. Mesin anestesi (cth Datex-Ohmeda Aestiva/5) dapat memiliki common gas outlet tambahan yang dapat diaktifkan dengan sebuah switch. Digunakan untuk melakukan test kebocoran sirkuit pada tekanan rendah.
