IT201800005641A1 - Circuito extracorporeo per la rimozione della co2 dal sangue - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“CIRCUITO EXTRACORPOREO PER LA RIMOZIONE DELLA CO2 DAL SANGUE”
La presente invenzione è relativa ad un circuito extracorporeo per la rimozione della CO2 dal sangue.
La rimozione extracorporea della CO2 dal sangue diventa necessaria qualora si debba supplire, anche solo parzialmente, alla funzione polmonare quando la stessa è compromessa a causa di diverse patologie.
In generale, i circuiti extracorporei per la rimozione della CO2 dal sangue prevedono che il sangue del paziente venga drenato in un circuito extracorporeo per essere ossigenato e decarbossilato artificialmente tramite uno scambiatore di gas, quale un ossigenatore. Nello specifico, in un sistema extracorporeo veno-venoso, parte del sangue venoso che torna verso l’atrio destro del cuore viene raccolto nel circuito extracorporeo, pompato nell’ossigenatore dal quale viene poi reinfuso nel sistema venoso.
I dispositivi ossigenatori più usati sono quelli a membrana in cui il sangue e l’ossigeno (o una miscela ricca di ossigeno) vengono fatti fluire da parti opposte di una membrana. Questo tipo di apparecchiature agisce, quindi, sulla quantità di CO2 disciolta nel sangue che, in realtà, risulta essere una porzione limitata del contenuto totale di CO2. Infatti, è noto che il 90% della CO2 trasportata nel sangue è sottoforma di ioni bicarbonato secondo l’equilibrio chimico (I) di cui sotto.
CO2 H2O ↔ H2CO3 ↔ H<+ >+ HCO3<- >(I)
Una soluzione per aumentare la rimozione della CO2 dal sangue mediante gli ossigenatori a membrana può essere quella di intervenire sull’equilibrio chimico (I) inducendo un aumento della percentuale di CO2 gassosa. In questo modo, aumentando la concentrazione della CO2 gassosa quale oggetto della rimozione da parte dell’ossigenatore, si favorisce la rimozione della CO2 totale.
Uno dei modi di intervenire sull’equilibrio chimico (I) a favore della CO2 gassosa è l’acidificazione esogena. La suddetta acidificazione si realizza con una aggiunta di una sostanza acida nel circuito extracorporeo a monte dell’ossigenatore.
L'acidificazione, convertendo gli ioni bicarbonato in CO2 disciolta, aumenta il gradiente pCO2 transmembrana, quindi incrementa il trasferimento di CO2 attraverso la membrana dell’ossigenatore. L’acidificazione esogena del sangue permette di rimuovere l'equivalente del 50% della produzione totale di CO2 di un uomo adulto da un sangue extracorporeo pari a 250 ml/min.
In alternativa è stata sviluppata anche una tecnica basata sulla ventilazione del dializzato acidificato, che ha mostrato una efficienza leggermente inferiore (10-15%) rispetto alla ventilazione diretta del sangue, ma riduce la superficie esogena di contatto con il sangue e può quindi presentare possibili vantaggi.
In entrambi i casi, l'acidificazione è ottenuta per infusione di una soluzione concentrata di acidi organici metabolizzabili, ad esempio acido lattico. Tuttavia, quando infusi esogenamente, nonostante la loro elevata clearance, tali acidi possono causare un certo livello di acidosi metabolica e un incremento della produzione di CO2 totale corporea riducendo quindi l’efficacia della rimozione extracorporea di CO2 nel ridurre la ventilazione minuto del paziente.
Pertanto, come appare ovvio ad un esperto del ramo, una tale aggiunta di acido può ridurre l’efficacia della tecnica extracorporea di rimozione della CO2 e può comportare una serie di inconvenienti a cui bisogna fare fronte per non alterare l’omeostasi del paziente.
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un circuito extracorporeo per la rimozione della CO2 dal sangue, in grado di realizzare la rimozione della CO2 incrementata tramite un intervento sull’equilibrio chimico (I) senza ricorrere all’ausilio della somministrazione di un acido esogeno pur garantendo, al tempo stesso, elevati livelli di sicurezza.
Tale scopo è raggiunto dalla presente invenzione in quanto relativa ad un circuito extracorporeo per la rimozione della CO2 dal sangue le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.
In particolare, viene fornito un circuito extracorporeo per la rimozione della CO2 dal sangue comprendente una linea di prelievo del sangue dal paziente, un’unità di filtrazione per la produzione di acqua plasmatica e una linea di reinserimento del sangue nel paziente definenti un circuito principale. Il circuito extracorporeo comprende inoltre un gruppo di decarbossilazione comprendente mezzi per la rimozione di una frazione di detta acqua plasmatica, una resina cationica caricata con ioni H<+ >atta a generare acqua plasmatica acida, uno scambiatore di CO2, mezzi per l’infusione dell’acqua plasmatica acida a monte di dello scambiatore di CO2 e mezzi per l’infusione di una soluzione di elettroliti a valle di detto scambiatore di CO2.
Vantaggiosamente, l’utilizzo di una resina cationica caricata con ioni H<+ >per trattare l’acqua plasmatica, ad esempio un dializzato o un ultrafiltrato, permette di sostituire in modo controllato gli ioni carichi positivamente presenti in tale soluzione, senza aggiunta di acidi esogeni.
In particolare, la resina cationica caricata ad H<+ >è in grado di sostituire gli ioni calcio, sodio, potassio e magnesio presenti nell’acqua plasmatica con ioni idrogeno, portando ad una acidificazione regionale di questa soluzione formando una soluzione acida.
L’acidificazione regionale consente di migliorare la rimozione extracorporea di anidride carbonica agendo sull’equilibrio chimico (I) sopra riportato.
Inoltre, la resina cationica caricata ad H<+>, rimuovendo soprattutto ioni sodio, perché presenti in maggiori quantità nel sangue, consente una maggiore acidificazione dell’acqua plasmatica rispetto ai sistemi noti nell’arte a parità di volume di liquido trattato. Ulteriore vantaggio dell’uso di una resina cationica caricata ad H<+ >consiste nel fatto che tale resina lavora senza l’aggiunta di liquidi esogeni, rendendo più semplice il bilancio idroelettrolitico del sangue dopo il trattamento prima della reinfusione nel paziente.
Il dispositivo dell’invenzione, agendo sulla concentrazione dei cationi nel sangue, può inoltre essere utilizzato, oltre che per la rimozione di CO2 anche per effettuare in contemporanea una terapia sostitutiva renale continua.
La terapia sostitutiva renale continua (CRRT), è una tecnica di supporto extracorporeo ampiamente utilizzata nel trattamento di pazienti affetti da insufficienza renale acuta ed altre condizioni patologiche come la sepsi e la disfunzione multiorgano. Durante CRRT il sangue del paziente viene trattato attraverso meccanismi di diffusione, conduzione ed assorbimento.
In una forma di realizzazione, l’unità di filtrazione è un filtro selezionato nel gruppo costituito da un emodiafiltro, un emofiltro e un dializzatore.
Preferibilmente la resina cationica è una resina provvista di gruppi solfonici o di gruppi carbossilici.
Per una migliore comprensione dell’invenzione, essa verrà ora descritta in modo dettagliato a puro titolo illustrativo e non limitativo con l'ausilio delle figure dei disegni annessi, in cui:
- la Figura 1 illustra una prima forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 2 illustra una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 3 illustra una terza forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 4 illustra una quarta forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 5 illustra una quinta forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 6 illustra una sesta forma di realizzazione dell’invenzione.
Nella figura 1 viene indicato nel suo complesso con 1 un circuito extracorporeo di rimozione del sangue secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione.
Il circuito 1 comprende una linea di prelievo del sangue 2 dal paziente, su cui agisce una pompa 3, ad esempio una pompa peristaltica, una unità di filtrazione 6, ad esempio un emodiafiltro, un gruppo di decarbossilazione 4 e una linea di reinserimento del sangue 5 nel paziente. La linea di prelievo del sangue 2 dal paziente, l’unità di filtrazione 6, e la linea di reinserimento del sangue 5 nel paziente definiscono un circuito principale 40.
L’emodiafiltro 6 è connesso ad un circuito secondario 7 per il ricircolo dell’acqua plasmatica 30, in questo caso dialisato, su cui agisce una pompa 8.
Il gruppo di decarbossilazione 4 comprende una resina cationica caricata a ioni H<+ >10 atta a generare acqua plasmatica acida 30a posta a valle della pompa 8 sul circuito secondario 7 dell’acqua plasmatica 30.
Il gruppo di decarbossilazione 4 comprende inoltre un ossigenatore 9 disposto sul circuito principale 40 a valle dell’emodiafiltro 6 lungo la linea 5 di reinserimento del sangue sul paziente.
Vantaggiosamente la resina cationica 10 è in grado di trattenere gli ioni calcio, potassio, magnesio, ma soprattutto gli ioni sodio, presenti in grandi quantità nell’acqua plasmatica 30 sostituendoli con ioni H<+ >e generando quindi in uscita dalla resina acqua plasmatica acida 30a.
Vantaggiosamente l’acidificazione dell’acqua plasmatica 30 provoca uno spostamento dell’equilibrio chimico (I) a favore della CO2 gassosa nella acqua plasmatica acida 30a in ricircolo. La CO2 gassosa viene poi rimossa per azione dell’ossigenatore 9, ad esempio un ossigenatore a bolle. In tal modo è possibile migliorare la rimozione della CO2 dall’acqua plasmatica 30a.
L’acqua plasmatica acida 30a viene riportata nell’emodiafiltro 6, all’interno del quale avrà la funzione di liquido di dialisi, tramite la linea 15. Il sangue, in uscita dall’emodiafiltro 6 viene poi privato della CO2 dall‘ossigenatore 9. Il sangue in uscita dall’ossigenatore 9 presenterà quindi uno squilibrio elettrolitico dovuto alla rimozione di cationi da parte della resina cationica 10. Per riequilibrare la concentrazione degli elettroliti nel sangue prima della reinfusione al paziente, a valle dell’ossigenatore 9, lungo la linea 5 sono presenti mezzi 11 per la reinfusione di ioni sodio, potassio, calcio e magnesio in soluzione per riequilibrare la quantità di cationi persi a livello della resina cationica 10. Tali mezzi 11 per la reinfusione di ioni consistono per esempio di una o più sacche 11a ciascuna contenente una soluzione elettrolitica, una pompa 11b e una linea di infusione 11c. Ad esempio possono essere infuse una soluzione elettrolitica comprendente NaOH, KOH, NaCl, o NaHCO3 e, a parte, una soluzione comprendente ioni calcio e ioni magnesio. Tali soluzioni possono includere anche glucosio qualora venga effettuata anche una CRRT.
Il circuito 1 comprende, inoltre, a monte della resina cationica 10, mezzi 12 per la rimozione di parte dell’acqua plasmatica. Tali mezzi 12 per la rimozione di parte dell’acqua plasmatica sono ad esempio costituiti da una linea di rimozione 12a, una pompa peristaltica 12b e da un serbatoio di scarto 12c.
La rimozione di parte dell’acqua plasmatica è necessaria per compensare l’aumento del volume dell’acqua plasmatica che avviene in seguito all’aggiunta della soluzione elettrolitica tramite i mezzi 11. Pertanto, per rispettare il bilanciamento idroelettrico del sistema, la quantità di acqua rimossa dai mezzi 12 deve essere uguale alla quantità di acqua reinfusa con la soluzione elettrolitica attraverso i mezzi 11.
Parimenti, la soluzione elettrolitica reinfusa con i mezzi 11 dovrà contenere una quantità di sodio, potassio, calcio e magnesio pari a quella rimossa con la resina cationica 10 più quella rimossa con i mezzi 12 di rimozione di parte dell’acqua plasmatica.
In alternativa, quando il circuito dell’invenzione è utilizzato, oltre che per la rimozione della CO2 anche per una terapia renale, la quantità di acqua ed elettroliti rimossi dai mezzi 12 può essere differente da quella reinfusa con i mezzi 11.
Infine, il sangue in uscita dall’emodiafiltro 6 viene riportato al paziente tramite una linea di reinserimento del sangue 5.
Nel circuito di figura 1, ad esempio, il flusso sanguigno in uscita dal paziente può essere impostato a 200 ml/min, il flusso dell’acqua plasmatica attraverso la resina cationica è quindi di 10-25 ml/min.
Nelle figure 2-6 vengono illustrate delle forme alternative di realizzazione del circuito della figura 1 secondo la presente invenzione; i dettagli simili od uguali a quelli già descritti sono indicati per semplicità con i medesimi numeri di riferimento.
In particolare, nella figura 2 viene illustrata una seconda forma di realizzazione dell’invenzione che rappresenta una variante 100 del circuito illustrato nella figura 1. In questo caso, l’acqua plasmatica 30 in uscita dall’emodiafiltro viene divisa in due flussi, rispettivamente 30b e 30c, in corrispondenza del punto di connessione 14. Quindi parte dell’acqua plasmatica, indicata con 30c, viene trattata dalla resina cationica 10, mentre la restante parte dell’acqua plasmatica 30b viene rimandata al punto di connessione 17.
L’acqua plasmatica acida 30a in uscita dalla resina cationica 10, viene ricongiunta tramite la linea 18 all’acqua plasmatica 30b per poi essere convogliata lungo la linea 15 all’ossigenatore 9 che, in questa forma di realizzazione, si trova sul circuito secondario 7.
Vantaggiosamente, questa forma di realizzazione riduce la superficie esogena di contatto tra il sangue e il sistema di circolazione extracorporeo e riduce le variazioni di pH a cui il sangue viene esposto.
In questa forma di realizzazione, ad esempio, il flusso sanguigno in uscita dal paziente può essere impostato a 200 ml/min e il flusso dell’ultrafiltrato dall’emodiafiltro può essere impostato a 400-1000 ml/min.
Nella figura 3 viene illustrata una terza forma di realizzazione dell’invenzione che rappresenta una variante 200 del circuito illustrato nella figura 1. In questo caso, l’ossigenatore 9 è posto a valle dell’emodiafiltro 6 sul circuito principale 40 sulla linea di reinserimento del sangue 5 al paziente e l’acqua plasmatica in uscita dalla resina cationica viene reinserita sul circuito principale del sangue sulla linea 5 a monte dell’ossigenatore 9. In questa forma di realizzazione, l’ossigenatore 9 è un ossigenatore a membrana. In questa forma di realizzazione, ad esempio, il flusso sanguigno in uscita dal paziente può essere impostato a 200 ml/min e il flusso dell’ultrafiltrato dall’emodiafiltro può essere impostato a 10-25 ml/min.
In tutte le forme di realizzazione della presente invenzione, può essere inoltre inserito una trappola per gas a valle della resina cationica 10 ma a monte dell’ossigenatore 9 per favorire ulteriormente l’eliminazione dell’anidride carbonica e prevenire l’accumulo di gas.
In tutte le forme di realizzazione della presente invenzione può essere inoltre presente un sistema di scoagulazione regionale del sangue. Ad esempio, il circuito della Figura 1 può essere modificato come illustrato in Figura 4. In particolare, nel circuito 300, il flusso di acqua plasmatica in uscita dall’emodiafiltro 6 viene suddivisa in due flussi in corrispondenza del punto di connessione 13. Un parte del flusso viene diretto alla resina cationica 10 mentre la restante parte viene trattata con un gruppo per la rimozione del calcio, come ad esempio una resina 16 a scambio cationico caricata con ioni sodio e potassio. Tale resina 16 caricata con ioni sodio trattiene ioni calcio rilasciando ioni sodio. Il flusso di acqua plasmatica in uscita dalla resina 16 caricata con ioni sodio viene in parte ricongiunto all’acqua plasmatica acida 30a sulla linea 15 a valle della resina cationica 10 ed in parte reinviata sulla linea 2 a monte dell’emodiafiltro tramite la linea 20 per operare la scoagulazione regionale del sangue nel circuito. Il ripristino del corretto bilanciamento di idro-elettrolitico nel sangue verrà poi operato tramite i mezzi 11 per la reinfusione di ioni e i mezzi 12 per la rimozione dell’acqua plasmatica.
Il circuito della Figura 2 può essere invece modificato come nelle Figure 5 e 6. In particolare, nel circuito 400 di figura 5, una resina 16 a scambio cationico caricata con ioni sodio e potassio viene disposta a monte del punto di connessione 14 sul circuito secondario 7.
Alternativamente, nel circuito 500 di figura 6, la resina 16 a scambio cationico caricata con ioni sodio e potassio è presente a valle dell’ossigenatore 9. In entrambi i casi parte dell’acqua plasmatica in uscita dalla resina 16 viene reintrodotta nel circuito all’altezza della linea di prelievo dal paziente 2 tramite la linea 20 in modo da causare una scoagulazione regionale del sangue.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito extracorporeo (1, 100, 200, 300, 400, 500) per la rimozione della CO2 dal sangue comprendente una linea di prelievo del sangue (2) dal paziente, un’unità di filtrazione (6) per la produzione di acqua plasmatica (30) e una linea di reinserimento del sangue (5) nel paziente definenti un circuito principale (40); detto circuito extracorporeo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo di decarbossilazione (4) comprendente un circuito secondario (7) per il ricircolo dell’acqua plasmatica, mezzi (12) per la rimozione di una frazione di detta acqua plasmatica (30), uno scambiatore di CO2 (9), una resina cationica caricata con ioni H<+ >(10) posta a monte di detto scambiatore di CO2 (9) e atta a generare acqua plasmatica acida (30a), mezzi (15) per l’infusione di detta acqua plasmatica acida (30a) a monte di detto scambiatore di CO2 (9) e mezzi (11) per l’infusione di ioni in soluzione a valle di detto scambiatore di CO2 (9).
  2. 2. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di filtrazione (6) è un filtro selezionato nel gruppo costituito da un emodiafiltro, un emofiltro e un dializzatore.
  3. 3. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta resina cationica caricata con ioni H<+ >è selezionata nel gruppo costituito da una resina cationica provvista di gruppi solfonici e una resina cationica provvista di gruppi carbossilici.
  4. 4. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di CO2 (9) è presente sul circuito principale (40) su detta linea di reinserimento del sangue (5) nel paziente a valle di detta unità di filtrazione (6).
  5. 5. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di CO2 (9) è presente su detto circuito secondario (7) a valle di detta resina cationica caricata con ioni H<+ >(10).
  6. 6. Circuito extracorporeo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una trappola per gas posta a monte di detto scambiatore di CO2 (9) e a valle di detta resina cationica caricata con ioni H<+ >(10).
  7. 7. Circuito extracorporeo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un gruppo per la rimozione del calcio (16) posto sul circuito secondario (7) per il ricircolo dell’acqua plasmatica.
  8. 8. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto gruppo per la rimozione del calcio è una resina (16) a scambio cationico caricata con ioni sodio e potassio.
  9. 9. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto gruppo per la rimozione del calcio (16) è posizionato in parallelo a detta resina cationica caricata con ioni H<+ >(10).
  10. 10. Circuito extracorporeo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto gruppo per la rimozione del calcio(16) è posizionato in serie a detta resina cationica caricata con ioni H<+ >(10).
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