oxigenare_artificiala.pdf

7/23/2019 oxigenare_artificiala.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/oxigenareartificialapdf 1/11

1

OXIGENAREA ARTIFICIALĂ

Oxigenarea artificială înseamnă schimbul gazos alveolo-capilar

realizat într-un sistem extracorporal cu elemente artificiale. Acest processe efectuează cu ajutorul unui dispozitiv numit oxigenator. El permite

pătrunderea 02 în circulaţia sistemica şi ieşirea în principal a C02. Totul se

efectuează în debitul circulator care străbate compartimentele

oxigenatoarelor.

Oxigenatorul are în structura sa următoarele elemente:

• rezervorul venos;

• rezervorul arterial;• membrana de schimb gazos (sau amestec direct 02 cu sânge);

• schimbătorul de căldură;

• capetele pentru conexiuni;

• Cateterele pentru recoltat probe;

• Liniile de recirculare.

Diferenţele dintre plămânul artificial şi cel natural sunt încă mari, realizările

tehnice nefiind capabile să ajungă la performanţele plămânului natural.

Aceste diferenţe sunt arătate în tabelul 1

Caracteristici Plămân artificial (cumembrană)

Plămân natural

Suprafaţă de schimb (m2) 0,5-4 70Grosimea membranei (microni) 150 0,5

Maximum de transfer al 02 400-600 2 000

Tabel 1 Diferenţele intre plămânul natural şl artificial.

Se remarcă în principal suprafaţa de schimb mult redusă a

plămânului artificial (<10%) faţă de cel natural.



2

Principii fizice

Transferul de gaz din mediul lichid în cel gazos sau invers este dirijat de

diferenţa de presiune parţială; este limitat de rezistenţa la difuziune prinstructura primară care în cazul oxigenatorului este o membrană sintetică.

Un alt element care influenţează acest transfer este raportul dintre debitul

de sânge.

Rata de difuziune este proporţională cu gradientul presiunii parţiale a

gazului în direcţia de difuziune.

Difuziunea O2 în sânge este mai complicată decât deducţiile din legea lui

Fick, pentru că difuziunea în plasma sanguină presupune absorbţia 02 decătre hematii, iar acest fenomen este descris ca o funcţie neliniară.

Concentrarea 02 într-un volum de sânge se va obţine prin creşterea

timpului de contact dintre interfeţele membranei şi hematii.

Difuziunea oxigenului prin membrana artificială este diferită în funcţie de

presiunea parţială a 02 la interfaţa cu sângele (Ps) şi în curentul sanguin

(fig. 1).

Fig. 1 Difuziunea 0 2 în funcţie de distanţa până la membrana artificială (Ps -

interfaţa cu membrana; Pcs - presiunea parţiala in curentul sanguin; CS = curent

sanguin) - după KM. High, modificat.



3

Există două concepţii fundamentale în oxigenarea artificială:

oxigenarea cu bule de 02 (amestec direct) şi prin membrană. Pe baza

acestor principii s-au dezvoltat tehnologii pentru obţinerea a două tipuri de

oxigenatoare (cu bule şi cu membrană).

Oxigenarea cu bule de oxigen

Oxigenatoarele cu bule sunt structurate pe două componente funcţionale: -

rezervor venos unde debitul din atriul drept şi / sau vene cave intră într -o

cameră de amestec cu 02. Sângele venos şi bulele de 02 sunt în contact

direct suficient timppentru a permite pătrunderea 02 în hematii;• rezervor arterial unde intră sângele oxigenat după îndepărtarea excesului

de 02 şi spumă pentru a f i preluat de inima artificială şi introdus în circulaţia

sistemica (fig. 2).

Fig. 2. Principiul de funcţionare al oxigenatorului cu bule. Drenaj venos (DV),

camera de amestec (CA), despumant(DS), rezervor arterial(RA), IA (inima

artifi cială), aorta (AO). Rezervorul venos (RV) este compus din DV, CA, DS. În

interiorul acestei structuri este inclus şi sistemul de răcire / încălzire.



4

Mărimea bulelor afectează rata de schimb dintre 02 şi C02. Absorbţia

din bulele de 02 va fi inhibată de creşterea P02 din sânge.

În camera de amestec 02 este introdus prin culoare foarte mici

pentru a creşte suprafaţa totală a interfeţei sânge - 02. Acest sistemreuşeşte să scadă diametrul bulelor de gaz de la 100 µm la 10 µm,

suprafaţa de schimb într -un cm3 de gaz va creşte de la 300 cm2 la 3 000

cm2 (fig. 3), ceea ce va permite ca transferul de C02 să fie limitat. Se

deduce că amestecul 02 + C02 va determina o oxigenare mai bună fără a

permite un exces de difuziune al CO.

Pentru o oxigenare corectă raportul dintre eliminarea de C02 şi intrarea de

02 este de 0,8.

Fig. 3 Relaţia dintre diametrul bulelor şi suprafaţa interfeţei de schimb (după KM

High - modificat).

Controlul oxigenării în acest sistem este mai complicat din cauza

interacţiunii şi transportului de C02. Fenomenul este în contradicţie cu

plămânul natural şi cu oxigenatoarele cu membrană la care schimburile

independente în eliminarea de C02 se însoţesc de modificarea debitului de

gaz .



5

Creşterea debitului de 02 în oxigenatoarele cu bule va creşte numărul de

bule ceea ce va determina o mărire a suprafeţei de transfer, având ca

rezultat creşterea P02 în sânge şi crearea "gazului inert”.

Oxigenarea artificială prin membrană.

Oxigenator cu membrană

Elementul fundamental al acestui tip de oxigenator îl constituie

interpunerea unei membrane artificiale între componenta gazoasă şi cea

lichidiană (sânge) astfel că schimbul se efectuează fără a exista un

amestec direct. Transferul gazos depinde numai de difuziunea prin

această membrană, care este prevăzută cu micropori capabili de a selecta

schimbul gazos transmembranal.

Structurile de membrană au fost concepute pe două criterii: cu fibre

escavate (hollow fiber) şi plicaturate.

Fibrele sunt realizate din polipropilenă şi pot crea micropori cudimensiuni mai mici de 1 micron ceea ce permite separarea componentei

gazoase de cea fluidă.

Î n interiorul acestor micropori există o rezistenţă minimă la difuziune;

aici se realizează practic schimbul gazos. Î n raport cu poziţia fazei

sanguine f aţă de fibră există două tipuri de oxigenatoare:

- cu debit sanguin în afara fibrei (cross current)

- cu debit sanguin în interiorul fibrei (counter curr ent).



6

Fig. 4 Clasificarea oxigenatoarelor cu membrană după raportul membranei cu

micro pori (MP) faţă de debitul sanguin (DS) şi debitul gazos (DG), HF = hollow -

fiber

Pentru oxigenatoarele cu debitul sanguin în afara fibrei, acesta va

cădea perpendicular pe fibre (cross current) sau în direcţia fibrelor. Pentru

cele cu debitul sanguin în interiorul fibrelor, debitul de sânge va fi în

direcţie opusă debitului de gaz counter current (fig. 4).

Debitul sanguin cross current oferă avantajul inducerii unui debit

secundar, iar cel counter current are avantajul de a diminua mult ocluzia

fibrelor pr in microtromboză.

Controlul oxigenării sângelui este simplu şi se realizează prin

creşterea sau scăderea proporţiei de 02 în amestecul gazos introdus în

oxigenator.

Performanţele oxigenatorului.Cel mai simplu element de apreciere a performanţei oxigenatorului este

determinarea 02 şi C02 transferate transmembranal.

Capacitatea de schimb a oxigenatorului poate fi uşor determinată

folosind contracţiile din faza sanguină şi din faza gazoasă.



7

Î n etapa sanguină transferul de gaz poate fi calculat pe baza

principiului lui Fick ceea ce înseamnă transferul de 02 în linia venoasă faţă

de linia arterială.

Această diferenţă poate fi multiplicată cu debitul inimii artificiale şi se

obţine ecuaţia:

V0 2 = DS (Ca - Cv)

în care VO2 reprezintă transportul de O2 , DS - debitul sanguin al

pompei, Ca - concentraţia 02 în linia arterială şi Cv - concentraţia 02 în linia

venoasă.

Î n faza gazoasă a oxigenatorului, transferul transmembranal poate fi

calculat rapid după aceleaşi criterii ca pentru faza sanguină. Prin folosirea

unui spectrofotometru se poate determina concentraţia de gaz la intrarea

şi la ieşirea din oxigenator. Diferenţa multiplicată cu debitul total de gaz

reprezintă transferul de 02

V0 2 = DG (FiO2 - FeO2 )

în care V0 2 este diferenţa la intrarea şi la ieşirea din oxigenator, DG

- debitul total de gaz, FiO2 - fracţiunea de 02 la intrarea în oxigenator, Fe0 2

- fracţiunea de 02 la ieşirea din oxigenator.

Din punct de vedere practic performanţa oxigenatorului este

supravegheată permanent prin monitorizarea 02 pe linia arterială şi

venoasă.



8

Standardizarea transportului de gaze şi a fluxului sanguin

Ca urmare a dezvoltării chirurgiei cardiace, au apărut numeroasetehnologii de fabricare a oxigenatoarelor, fenomen ce a impus stabilirea

unor standardizări ale performanţei oxigenatoarelor şi a parametrilor de

funcţionare.

Prezentăm in cele ce urmează standardizările impuse de „ American

Association of Medical Instrumentation" (după J.W. Kirklin) .

Raportul C02 la debitul sanguin (C02 Reference Blood Flow) (fig. 5).

Fig. 5 Performanţa oxigenatorului în transferul de O, (in vitro) (V -

ventilaţie, O - perfuzie) în următoarele condiţii: sânge bovin, Hb=12±1 g/ml

SVO2 =65±5 %; PvC0 2 =45±5mmHg, FIOt = 100 %; BE = 0±5 mEq/l, Temperatura

= 37±1 C o



9

Debitul sanguin de referinţă (DSR) ("Reference Blood Flow"). Debitul

recomandat de producător 6l / minut care obţine cea mai mică relaţie a

echilibrului sanguin de 02 şi COr

Index de hemoliză (IH) (Index of Hemolysis). Cantitatea de

hemoglobina plasmatica (mg) produsă in vitro de testele de leziune

celulară la 100 ml debit sanguin prin circuit cu şi fără oxigenator în sistem.

Deci:

IH = HbpO 2 - Hbp

Hbp0 2 - reprezintă hemoglobina plasmatica în circuitul cu oxigenator, iar

Hbp - hemoglobina plasmatica în circuit fără oxigenator.

• Volumul de umplere iniţial (VUI) (Iniţial Priming Volume - IPV).

Volumul static de sânge (ml) pentru a umple faza sanguină a

oxigenatorului care funcţionează la nivel minim.

• Volumul maxim de lucru (Maximum operating Volume). Volumul de

sânge conţinut In oxigenator la nivelul maxim recomandat de producător

pentru a obţine debit sanguin de referinţă şi debitul de referinţă al 02

• Volumul minim de lucru (Minjmum operating volume). Volumul desânge conţinut în oxigenator la nivelul minim recomandat de producător

pentru a obţine debitul de referinţă al 02 (fig. 6).



10

T° secunde pentru

a atinge 100 ml volum

Debit sanguin (l / min)

Fig. 6 Volumul minim de lucru la diferite debite sanguine

Interacţiunea membranei artificiale cu sângele

Procesele biochimice care interactivează la nivelul membranei

artificiale nu au explicaţie clară în prezent dar sunt relativ bine stabilite pebaza studierii structurilor membranelor. Când sângele intră în contact cu o

suprafaţă străină proteinele se depun pe partea vasculară a membranei

realizând o acoperire de aproximativ 50 A. Primele proteine care

declanşează acest proces sunt albuminele, fibrinogenul şi globulinele. în

contact cu suprafaţa artificială aceste proteine suferă modificări structurale

în funcţie de suprafaţa polimerilor.

La stratul de proteine modificat se adaugă trombocitele şi leucocitele

de ja sensibilizate la modificările de structură ale proteinelor. Această masă

de proteine şi trombocite poate fi cheag alb (fig. 7).

Baier descrie trei modificări de interfaţă: la nivelul texturii, de

suprafaţă şi biochimice



11

Suprafeţe neregulate mai mici de 1 micron nu afectează

compatibilitatea cu sângele.

Caracteristicile chimice ale membranei artificiale pot influenta

depunerea proteinelor exercitând indirect un efect antitrombogen.In oxigenatoarele fără membrană bufele de gaz se pot acoperi cu un

material compus din trombocite, material lipoid, proteine, hematii

aglutinate, leucocite activate.

Aceste elemente pot declanşa în circulaţia sistemica substanţe

active (serotonina, histamine, kinine, prostaglandine) care pot modifica

permeabilitatea capilară şi condiţiile de perfuzie (vasoconstricţie,

vasodilataţie).

Fig. 7

oxigenare_artificiala.pdf

Documents

Transcript of oxigenare_artificiala.pdf