ITBO20090437A1 - Apparecchiatura per il trattamento del sangue - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione è relativa ad un’apparecchiatura per la rimozione extracorporea della CO2.
Esistono sul mercato da diversi anni dispositivi atti a rimuovere la CO2 dal sangue per via extracorporea in maniera analoga ai ben più diffusi trattamenti di Dialisi, Emofiltrazione, etc. i quali rimuovono per via extracorporea sostanze tossiche o nocive, prodotti di scarto del metabolismo che dovrebbero normalmente essere eliminate dai reni.
Tra gli scopi della presente invenzione vi è quello di supplire, anche solo parzialmente, alla funzione polmonare quando il polmone stesso è impossibilitato a farlo a causa di diverse patologie.
Un sistema noto atto allo scopo summenzionato risale ad oltre quarant’anni fa, ed è conosciuto con la sigla “ECMO” (Extra Corporeal Membrane Oxigenation) e prevede un accesso ai vasi maggiori del paziente effettuato chirurgicamente con cannule di grande diametro connesse ad una pompa e ad un ossigenatore in grado di gestire alti flussi (anche oltre i 5 litri al minuto). Questo sistema, nelle sue numerose varianti è in grado di sostituire completamente la funzione polmonare e, nel caso, anche quella cardiaca.
Questa tecnica presenta però degli inconvenienti di notevole importanza. Infatti le difficoltà di gestione, gli effetti collaterali ed i rischi intrinseci di questa metodica invasiva sono elevati, così come i costi e l’impiego di risorse umane in termini di assistenza continua. La sopravvivenza al trattamento non supera il 60% dei casi, è quindi generalmente considerata una risorsa estrema.
In tempi più recenti si sono tentate vie più semplici, come sistemi senza pompa che sfruttano la differenza di pressione tra arteria e vena per far passare il sangue attraverso un ossigenatore. Anche questi sistemi presentano effetti collaterali principalmente dovuti alla necessità di prelevare il sangue da un’arteria con conseguenti rischi di emorragie, infezioni ed ischemie degli arti inferiori.
A questi sistemi si richiede principalmente di rimuovere l’eccesso di CO2 che si accumula nel sangue mentre per quanto riguarda l’ossigenazione ci si affida alla porzione di tessuto polmonare che ancora funziona grazie all’ausilio di normali tecniche di Ventilazione Meccanica.
Risulta complessivamente più semplice ossigenare il sangue piuttosto che depurarlo dalla produzione metabolica di CO2 che necessita di grandi volumi gassosi per essere efficace.
Partendo dal presupposto di mantenere comunque il paziente in condizioni di Ventilazione Meccanica, si sono sviluppati recentemente sistemi mini-invasivi che a flussi bassi (< di 500 ml/min) e con accesso venoso riescono a rimuovere una frazione importante della CO2 nel sangue. I documenti EP-1415673 ed EP-1698362 descrivono sistemi che raggiungono circa il 50% di rimozione della CO2 prodotta metabolicamente consentendo una regolazione meno traumatica dei parametri del Ventilatore Meccanico e favorendo quindi una più rapida guarigione.
Il presente trovato si pone lo scopo di incrementare questa percentuale, arrivando anche al 100%, mantenendo tuttavia le caratteristiche mini-invasive di bassi flussi e dell’accesso veno-venoso per rendere molto più efficace l’applicazione, allargandone le possibili indicazioni d’uso oltre al vantaggio di evitare l’impiego di metodiche più invasive e quindi più pericolose.
A questi ed altri risultati si è pervenuti in conformità dell’invenzione adottando l’idea di realizzare un’apparecchiatura avente le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Alla base delle presente invenzione vi è l’intuizione di trattare l’acqua plasmatica. Infatti, uno dei maggiori mezzi di trasporto della CO2 nel sangue consiste nella sua trasformazione in bicarbonati (HCO3-) i quali sono disciolti nell’acqua plasmatica. L’acqua plasmatica può facilmente essere separata dal sangue “intero” e, poiché risulta priva dei costituenti solidi del sangue quali emazie, leucociti, piastrine ed altri, può essere suscettibile di trattamenti anche meno delicati che altrimenti danneggerebbero i suddetti componenti.
In conformità dell’invenzione si prevede quindi un circuito composto schematicamente da un ossigenatore e da un emofiltro in serie all’ossigenatore (dei tipi normalmente reperibili sul mercato).
L’acqua plasmatica prelevata dall’emofiltro viene trattata all’interno di un dispositivo atto a rimuovere i bicarbonati secondo uno o più dei metodi illustrati in seguito. Successivamente al trattamento suddetto, l’acqua plasmatica viene reintrodotta nel circuito “in prediluizione” a monte dell’ossigenatore realizzando così un circuito chiuso, come schematicamente illustrato in Fig. 1.
La reintroduzione dell’acqua plasmatica in questa posizione consente tra l’altro, di ottenere i seguenti vantaggi: riduce la concentrazione ematica all’interno dell’ossigenatore permettendone una resa migliore, permette di ridurre la quantità di sostanze anticoagulanti (eparina) con conseguenti vantaggi alla tollerabilità del sistema, sottomette una seconda volta l’acqua plasmatica all’azione decarbossidante dell’ossigenatore, incrementando l’efficienza del sistema.
Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e con l’aiuto degli annessi disegni, dati quale esemplificazione pratica del trovato, ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali:
- la Fig.1 è uno schema relativo ad un possibile esempio di realizzazione di un’apparecchiatura in conformità dell’invenzione, in cui i particolari non sono rappresentati in scala;
- la Fig. 2 è uno schema analogo a quello di Fig.1, in cui l’apparecchiatura in oggetto comprende un dispositivo provvisto di mezzi di riscaldamento dell’acqua plasmatica;
- la Fig. 3 è uno schema analogo a quello di Fig.1, in cui l’apparecchiatura in oggetto comprende un dispositivo provvisto di mezzi di trattamento dell’acqua plasmatica tramite elettrolisi;
- la Fig. 4 è uno schema analogo a quello di Fig.1, in cui l’apparecchiatura in oggetto comprende un dispositivo provvisto di mezzi di trattamento dell’acqua plasmatica tramite l’aggiunta di soluzioni chimiche appropriate L’apparecchiatura in oggetto è collegabile al paziente con una connessione di tipo veno-venoso. In pratica, le linee di ingresso (1) e di uscita (8) sono collegate al paziente mediante catetere venoso.
Utilizzando i riferimenti numerici degli esempi dei disegni allegati, il sangue, prelevato dal paziente giunge dal catetere venoso tramite la linea (1), aspirato dalla pompa (2) e quindi sospinto lungo le linee (21) e (31) all’interno dell’ossigenatore (4).
L’ossigenatore può essere di tipo normalmente reperibile sul mercato, eventualmente con modifiche funzionali all’inserimento in una linea venosa a basso flusso.
All’interne dell’ossigenatore, che deve essere connesso alla linea di distribuzione di ossigeno dell’ospedale ovvero ad una bombola, avviene lo scambio gassoso e la CO2 fuoriesce libera nell’ambiente analogamente a quanto avviene durante la respirazione. Con riferimento alla Fig.1, l’ossigenatore (4) ha pertanto un ingresso (42) per il sangue da trattare ed una relativa uscita (43) per il sangue trattato; è inoltre provvisto di un ingresso (44) per l’ossigeno e di un’uscita (45) per la CO2.
Il sangue ossigenato in uscita dall’ossigenatore passa nella linea (41) ed entra, attraverso un ingresso (52), nell’emofiltro (5), che può essere del tipo di normale reperibilità sul mercato. L’emofiltro separa dal sangue intero la frazione di acqua plasmatica che fluisce, attraverso l’uscita (54) nella linea (51) grazie all’azione della pompa (6), disposta ed agente sulla stessa linea (51). L’emofiltro (5) è provvisto di un’uscita (53) per il sangue.
L’acqua plasmatica viene sospinta lungo la linea (61) all’interno di un dispositivo per la riduzione dei bicarbonati (7) dove avviene, appunto, la riduzione dei bicarbonati contenuti nell’acqua plasmatica. In pratica, tra l’ingresso (72) e l’uscita (73) del dispositivo (7) l’acqua plasmatica subisce un trattamento che può essere di vario tipo per ridurne il contenuto di bicarbonati. L’acqua plasmatica, una volta trattata, viene poi convogliata nella linea (71) e, attraverso la connessione (3) si mescola al sangue intero, diluendolo, a monte dell’ossigenatore (4) nel quale il tutto confluisce.
Il sangue diluito, dopo il passaggio nell’emofiltro (5), viene riportato alla concentrazione originaria e rinviato, attraverso la linea (8) al catetere venoso e quindi restituito al paziente. Il ritorno alla concentrazione originaria è ottenuto perché l’acqua plasmatica che viene aggiunta al sangue in corrispondenza della connessione (3) viene sostanzialmente estratta in corrispondenza del passaggio attraverso l’emofiltro (5).
Grazie a questo circuito il sangue viene privato dell’eccesso di CO2. Inoltre, il processo di rimozione dei bicarbonati lungo la linea dell’acqua plasmatica ne abbassa il pH ed un pH ridotto, mescolato al sangue intero, ne favorisce lo spostamento dell’equilibrio verso il rilascio di CO2 che, all’interno dell’ossigenatore avviene quindi con maggiore facilità. La riduzione di pH dell’acqua plasmatica può compensare l’aumento di pH che avviene all’interno dell’ossigenatore a causa dell’eliminazione della CO2 disciolta, rendendo maggiormente biocompatibile l’intero processo.
Il dispositivo (7) può sfruttare qualunque principio chimico – fisico atto alla sottrazione dei bicarbonati (HCO3-) nell’acqua plasmatica che lo attraversa, anche in combinazione di due o più tra le soluzioni possibili di seguito illustrate (ma non limitative) per ottenere lo scopo prefissato.
In Fig.2 è schematicamente illustrato un metodo che prevede la precipitazione dei bicarbonati.
Nell’esempio di Fig.2, la precipitazione dei bicarbonati avviene per riscaldamento. Infatti, all’interno del dispositivo (7) è prevista un mezzo calorifero (74), che può essere costituito, ad esempio, da una resistenza elettrica, o da un tubo a serpentina attraversato da un fluido caldo. Portando la temperatura dell’acqua plasmatica oltre i 50°C i bicarbonati si decompongono in carbonati e CO2. La CO2 si allontana sotto forma gassosa mentre i carbonati vanno precipitati aggiungendo un opportuno sale di calcio (lattato, piruvato, gluconato, ecc.).
E’ possibile ottenere la precipitazione dei bicarbonati con l’aggiunta di opportuni Sali, anche senza il riscaldamento, per esempio calcio lattato, calcio gluconato, calcio piruvato, ecc..
Inoltre, nel caso la pressione parziale sia inferiore a quella atmosferica, il processo di estrazione della CO2 può essere reso più efficace dall’azione di una pompa che crea una depressione.
Nel disegno con (79) sono indicati schematicamente i mezzi atti ad introdurre nel dispositivo (7) i sali prescelti.
In Fig.2, inoltre, la freccia (75) rappresenta l’uscita per la CO2, mentre il blocco (76) rappresenta schematicamente un organo filtrante atto a trattenere i carbonati.
In Fig. 3 il dispositivo (7) agisce mediante elettrolisi. In questo caso il dispositivo (7) comprende delle membrane semipermeabili (a scambio ionico) che separano l’interno del dispositivo in compartimenti diversi dove scorre acqua plasmatica e acqua pura. Nei suddetti compartimenti gli elettrodi (+ e - in Fig.3) provocano una serie di reazioni elettrochimiche che portano alla trasformazione degli ioni bicarbonato in CO2 gassosa (di semplice rimozione) e l’eliminazione, attraverso l’acqua, di ioni Na+ e OH- in eccesso. Nel disegno di Fig.3 vengono indicati con (77) e (78) rispettivamente l’ingresso e l’uscita del circuito di acqua utilizzato per l’eliminazione dei bicarbonati e la freccia (75) (CO2 OUT) indica l’uscita della CO2. Nel caso la pressione parziale sia inferiore a quella atmosferica, il processo di estrazione della CO2 può essere reso più efficace dall’azione di una pompa che crea una depressione.
Il circuito dell’acqua summenzionato può essere costituito da una sacca di alimentazione e da una sacca di raccolta, disposte, rispettivamente, a monte dell’ingresso (77) ed a valle dell’uscita (78), con i rispettivi scopi di immettere acqua pura all’interno del dispositivo e di raccogliere l’acqua carica di bicarbonati in uscita.
In questa forma di attuazione dell’invenzione, il dispositivo (7) definisce perciò una cella elettrolitica ed è provvisto di mezzi per l'eliminazione del gas (CO2) e degli ioni in eccesso formati dalla reazione con l'acqua plasmatica.
In Fig.4 è mostrato un ulteriore esempio di realizzazione del dispositivo (7) in cui l’eliminazione dei bicarbonati è ottenuta mediante reazione chimica. In questo caso il dispositivo (7) è costituito da duo o più celle separate da membrane semipermeabili (a scambio ionico); in una delle celle scorre l’acqua plasmatica (che entra nel dispositivo e ne fuoriesce attraverso, rispettivamente, le linee di ingresso 61 e di uscita 71), mentre nella/e cella/e adiacente/i scorrono delle sostanze, che possono essere, ad esempio, soluzioni di acido solforico e di solfato acido di zolfo, cioè soluzioni in grado di reagire con l’acqua plasmatica che attraversa il dispositivo. In questo modo si ottiene nella cella che contiene l’acqua plasmatica una reazione che porta alla trasformazione degli ioni bicarbonato in CO2 gassosa (di semplice rimozione). Anche in questo caso, nel caso la pressione parziale sia inferiore a quella atmosferica, il processo di estrazione della CO2 può essere reso più efficace dall’azione di una pompa che crea una depressione. Nell’esempio di Fig.4, la freccia (75) rappresenta, l’uscita per la CO2. mentre i composti ottenuti dalla precipitazione dei bicarbonati escono dall’uscita 88. Analogamente a quanto descritto in precedenza per l’esempio di Fig.3, la/e sostanza/e chimica/che impiegata/e attraversa/no il dispositivo tramite il circuito che prevede almeno un’entrata (87) ed un’uscita (88) e che può comprendere a monte una sacca di alimentazione ed a valle una sacca di raccolta.
I particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente nella forma, dimensioni, disposizione degli elementi, natura dei materiali impiegati, senza peraltro uscire dall'ambito dell'idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per il trattamento del sangue, in particolare per la rimozione di CO2 e bicarbonati dal sangue, caratterizzata dal fatto che comprende: - un circuito attraversato dal sangue da trattare (1, 21, 31, 41, 8) provvisto di una connessione veno-venosa (1, 8) per il collegamento ad un paziente; - un dispositivo ossigenatore (4), disposto ed agente su detto circuito; - un emofiltro (5), provvisto di mezzi per la separazione dell’acqua plasmatica dal sangue, disposto su detto circuito a valle di detto ossigenatore (4) e presentante un’uscita (54) per la stessa acqua plasmatica; - un dispositivo (7) per la rimozione dei bicarbonati contenuti nell’acqua plasmatica, provvisto di un’entrata (72) collegata a monte alla detta uscita (54) dell’emofiltro (5) e di un’uscita (73) collegata a valle a detto circuito in un punto disposto a monte di detto ossigenatore (4), in modo da immettere in detto circuito a monte dell’ossigenatore (4) l’acqua plasmatica privata di bicarbonati.
- 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (7) comprende mezzi di riscaldamento (74) atti a determinare la precipitazione dei bicarbonati presenti nell’acqua plasmatica, ovvero a decomporli in carbonati e CO2.
- 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (7) comprende altresì mezzi (79) atti a addurre uno o più sali di calcio all’interno del dispositivo (7).
- 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (7) comprende mezzi (79) atti a addurre uno o più sali di calcio all’interno del dispositivo (7).
- 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (7) comprende mezzi (+, -) atti a produrre una reazione elettrolitica, essendo provvisto di mezzi per l'eliminazione del gas (CO2) e dei relativi precipitati formati dalla reazione con l'acqua plasmatica.
- 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo (7) comprende mezzi (87, 88) per immettere sostanze chimiche all’interno dello stesso dispositivo (7) atte a reagire con i bicarbonati presenti nell’acqua plasmatica in trattamento.
- 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il dispositivo (7) comprende più celle separate da membrane semipermeabili a scambio ionico, delle quali una è destinata all’acqua plasmatica, e la/e cella/e adiacente/i a soluzioni di un acido e del suo relativo sale.
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| IT000437A ITBO20090437A1 (it) | 2009-07-07 | 2009-07-07 | Apparecchiatura per il trattamento del sangue |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016016870A1 (en) | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Universita' Degli Studi Di Milano - Bicocca | Extracorporeal circuit for co2 removal from blood |
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2009
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