Measurement of oxygen tension by the oxygen cathode

Abstract

The usefulness of the flush-ended electrode forin vivo measurements of oxygen tension in tissue has been restricted by the lack of a satisfactory theoretical or empirical relationship between the polarographic current and the oxygen tension in the tissue. It is shown here that, if the electrode is small enough (so that its oxygen consumption is negligible compared with that of the nearby tissue), the current is proportional to the mean value over the electrode surface of the values that the oxygen tension would have taken if the potential had not been applied. The proportionality factor depends on the capillary-tissue structure in the neighbourhood of the probe. However, a membrane covering the surface of the electrode can be constructed so as to eliminate this effect and so enable comparisons between the levels of oxygen tension to be made at different points in the tissue. At the same time, the loss of sensitivity to variations of oxygen tension in time can be reduced to negligible proportions. The current, in this case, is proportional to the mean undisturbed value of the oxygen tension over the surface of the membrane.

Sommaire

L'utilisation de l'électrode à terminaison plate pour la mesurein vivo de la pression d'oxygène dans les tissus a été limitée par l'absence d'une relation satisfaisante, théorique ou empirique, entre le courant de polarisation et la pression d'oxygène dans les tissus. On montre ici que si l'électrode est suffisemment réduite (de manière que sa consommation d'oxygène soit négligeable devant celle des tissus environnant) le courant est proportionnel à la valeur moyenne des pressions d'oxygène que l'en obtiendrait si l'en n'appliquait aucun potentiel à la surface de l'électrode. Le coefficient de proportionnalité est lié à la structure des tissus capillaires au voisinage de la soude. Cependant il est possible de recouvrir l'électrode d'une membrane telle que l'effet précédent soit éliminé pour rendre possible la comparaison de pressions d'oxygène en differents points du tissu. Il en découle une réduction de la perte de sensibilité liée aux variations de pression d'oxygène dans le temp qui devient négligeable. Le courant est alors, proportionnel à la valeur moyenne invariante de la pression d'oxygène à la surface de la membrane.

Zusammenfassung

Die Verwendungsmöglichkeit der planen Elektrode fürin vivo-Messungen der Gewebssauerstoffspannung wurde durch das Fehlen einer befriedigenden theoretischen oder empirischen Korrelation zwischen dem Polarographenstrom und der Gewebssauerstoff-spannung begrenzt. Hier wird gezeigt, daß bei genügend kleiner Elektrode (so daß ihr Sauerstoffverbrauch gegenüber dem des umliegenden Gewebes zu vernachlässigen ist) der Meßstrom dem über die Elektrodenobefläche gemittelten Durchschnitt derjenigen Werte proportional ist, die die Sauerstoffspannung bei Nichtanlegen des Potentials annehmen würde. Der Proportionalitätsfaktor hängt von der Kapillar-Gewebs-Struktur in der Nähe der Elektrode ab. Man kann jedoch eine die Elektrodenoberfläche bedeckende Membran konstruieren, die diesen Effekt eliminiert. Damit werden Vergleiche zwischen den Sauerstoff spannungen in verschiedenen Gewebsabschnitten ermöglicht. Ebenso kann der Verlust der Empfindlichkeit auf zeitliche Sauerstoffspannungsänderungen auf vernachlässigbare Beträge vermindert werden. Der Meßstrom ist in diesem Falle proportional zum Durchschnittswert der Sauerstoffspannung über der Membranoberfläche.