INTERCAMBIO DE GAS
Campo del Invento La presente invención se refiere a un método para mantener gas en un rango de presión determinado previamente durante un proceso de intercambio de gas, y a un aparato para llevar a cabo un método para mantener gas en un rango de presión determinado previamente durante un proceso de intercambio de gas. La presente invención se refiere de manera particular a mantener gas (tal como oxígeno) en un rango de presión determinado previamente durante la oxigenación de la sangre. La presente invención también se refiere a la recirculación de un flujo de gas alrededor de un conducto que contiene una membrana, en tanto que se mantiene el gas fluyendo a través de la membrana dentro de un rango de presión determinado previamente.
Antecedentes del Invento Cuando se realiza una cirugía del corazón, una técnica que se utiliza comúnmente es detener el corazón y utilizar un dispositivo mecánico para bombear sangre alrededor del cuerpo de un paciente inconsciente, lo cual también agrega oxígeno y remueve dióxido de carbono de la sangre del paciente. La máquina utilizada para llevar a cabo este procedimiento es conocida como una máquina de derivación cardiopulmonar . Una vez que se termina la cirugía, se elimina del paciente la máquina de derivación cardiopulmonar y se restaura la función normal del corazón y los pulmones . La porción de la máquina de derivación que agrega oxígeno a la sangre y elimina el dióxido de carbono de desecho de éste, se llama oxigenador. Un tipo de oxigenador común en uso comercial, incluye una membrana permeable al gas . Se pasa una mezcla de gas que contiene oxígeno (normalmente una mezcla de nitrógeno y oxígeno) a lo largo de una cara de una membrana, en tanto que la sangre del paciente se pasa a lo largo de la cara opuesta de la membrana. El oxígeno se difunde a través de la membrana en la sangre y el dióxido de carbono de desecho se difunde desde la sangre a través de la membrana en la corriente de gas. Posteriormente el dióxido de carbono se saca en la corriente de gas y se ventila a la atmósfera. El sistema descrito anteriormente es adecuado para uso normal, aunque es un desperdicio de gases frescos, ya que la corriente de gas se ventila a la atmósfera. En ciertos casos pueden ser deseables sistemas alternativos para mezcla de oxígeno/nitrógeno en la corriente de gas. Tales alternativas, pueden incluir por ejemplo gases más caros, tales como el xenón de gas, el cual es conveniente por sus propiedades anestésicas y/o de protección al cerebro. El uso de tales gases costosos ha sido restringido anteriormente debido a las desventajas económicas cuando se ventilan a la atmósfera.
Sumario del Invento Por lo tanto es un objeto de la presente invención solucionar los problemas de la técnica anterior señalados anteriormente. Por lo tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para mantener un gas en un rango de presión determinado previamente durante un proceso de intercambio de gas, en donde el método incluye: circular un gas en un primer conducto que tiene una porción de pared de membrana permeable al gas; permitir que el gas se disperse a través de la porción de pared en el segundo conducto,- rellenar el gas dispersado a través de al menos una puerta de entrada; permitir que el gas se transfiera desde el primer conducto hasta un depósito que contiene gas, si la presión del gas excede el rango de presión determinado previamente o, si el gas excede un volumen determinado previamente, y permitir que el gas sea transferido del depósito que contiene gas hasta el primer conducto, si la presión en el primer conducto cae debajo del rango de presión determinado previamente o el volumen del gas cae debajo del volumen determinado previamente, para mantener la presión del primer gas en el primer conducto, sustancialmente dentro del rango de presión determinado previamente. Es particularmente preferido que el rango de presión determinado previamente incluya presión ambiental. En forma recomendable, el primer conducto de circulación tiene un volumen físico el cual es sustancialmente el mismo que el del volumen determinado previamente . El uso del depósito en el método de acuerdo con la presente invención, puede permitir que surjan pequeños desequilibrios entre la captación de gas y el suministro en el primer conducto, sin que se pierdan sustancialmente los gases frescos en la atmósfera. Si el exceso accidental de gas fresco fuera suministrado en el primer conducto, el gas en exceso podría moverse o incluso brotar desde el extremo del depósito, y podría acumular una presión no peligrosa. El segundo conducto contiene normalmente un flujo de sangre extracorporal . Cuando el segundo conducto contiene sangre, es preferible que el gas en el primer conducto incluya oxígeno. El gas puede incluir opcionalmente un gas adecuado para utilizarse como un analgésico, tal como, por ejemplo, xenón, u otro gas del grupo VIII de la tabla periódica de los elementos (tal como criptón) . Como alternativa, el gas puede incluir opcionalmente cualquier gas adecuado para utilizarse en la forma de un fármaco de protección al cerebro. Se considera que el gas anestésico y el gas para utilizarse como un fármaco de protección al cerebro, pueden ser el mismo. La porción de pared de membrana es preferentemente una membrana oxigenadora . Tal membrana debe ser sustancialmente inerte a reacciones con sangre, y debe ser impermeable a la misma. Preferentemente, la porción de pared de membrana es de una película de polímero permeable al gas, tal como fibras huecas de polipropileno micro poroso o como alternativa, una membrana de hule de silicona. Sin embargo, se considera que se puede utilizar cualquier membrana oxigenadora comercial . La porción de pared de membrana permeable al gas, se ajusta para permitir que el gas, normalmente una mezcla que contiene oxígeno, se disperse a través de la membrana desde el primer conducto hasta el segundo conducto, y se disperse un segundo gas a través de la membrana desde el segundo conducto hasta el primer conducto. El segundo gas incluye normalmente dióxido de carbono. Por lo tanto es preferible incluir un paso adicional mediante el cual se elimina el dióxido de carbono del gas que está contenido dentro del primer conducto. La membrana del oxigenador, a través de la cual tiene lugar el intercambio de gas, está preferentemente sustancialmente a presión atmosférica en el lado del gas. Si la presión de gas promedio es demasiado alta, las burbujas de gas pueden ser forzadas de manera no recomendable a través de la membrana hasta el flujo de sangre. Por lo tanto se considera que la superficie interna del primer conducto tiene una baja resistencia al flujo (teniendo normalmente un diámetro suficientemente grande) . En una modalidad particularmente preferida, la presión puede mantenerse sustancialmente a presión atmosférica, colocando el depósito en forma sustancialmente adyacente a la membrana permeable al gas. Es preferible que el gas circule alrededor del primer conducto mediante una bomba motorizada, tal como una bomba de diafragma de oscilación o una pequeña bomba tipo turbina. El depósito puede ser un conducto de extremo abierto, ventilado hacia, por ejemplo, a la atmósfera ambiental, o como alternativa, un recipiente de volumen variable, tal como fuelles, bolsas o similares inflables, fabricados a partir de elaboración de láminas flexibles impermeables al gas. Preferentemente, cuando el depósito es un recipiente de volumen variable, se agrega el gas al primer conducto para evitar el sobrellenado o el vaciado completo del recipiente de gas . Se prefiere que el gas incluya una mezcla de al menos dos componentes. Preferentemente cada componente de gas está abastecido con una puerta de entrada individual. Sin embargo, se considera que cada componente de la mezcla de gas puede entrar a través de la misma puerta. Normalmente el gas incluye oxigeno y xenón. Es deseable que el oxigeno este presente en un cantidad de desde aproximadamente 0 hasta 100%, preferentemente de 30 al 100% (preferentemente además del 30% al 80%) . En forma recomendable el xenón esta presente en un cantidad de desde aproximadamente 0 hasta 100%, (preferentemente de 0% al 79%, especialmente preferible del 20 al 70%, cuando el xenón se utiliza como un anestésico o por sus propiedades neuroprotectoras) . De acuerdo con una primera modalidad de la presente invención, cada puerta de entrada está en comunicación con el primer conducto. De manera conveniente, cada componente del gas se introduce mediante inyección controlada. El control de la inyección puede se manual o automático. El flujo de gases puede ser continuo o intermitente . De acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención, una primera puerta de entrada está en comunicación con el depósito, y una segunda puerta de entrada está en comunicación con el primer conducto. Normalmente, la primera puerta de entrada introduce oxígeno. Preferentemente la segunda puerta de entrada introduce xenón. En esta modalidad, es preferible que el flujo de oxigeno a través de la primera puerta de entrada sea continuo . Preferentemente el flujo de xenón a través de la segunda entrada es mediante inyección controlada; la inyección controlada puede ser un proceso continuo o intermitente. La segunda modalidad tiene la ventaja de que si no se agrega gas fresco en forma manual o automática (debido por ejemplo a un mal f ncionamiento) , entonces el oxígeno será extraído lentamente en el primer conducto desde el depósito, conforme se absorbe el gas en la sangre a través de la membrana oxigenadora, para ayudar a mantener las funciones vitales de un paciente. Si en el primer conducto se introdujera en forma accidental demasiado gas, tal como xenón, entonces cualquier exceso debe ser removido a través del flujo de oxígeno continuo. De manera conveniente el depósito se llena principalmente con oxígeno todas las veces, incluso si se determina un gran bolo de xenón accidental . Esto es deseable en términos de seguridad, para que ocurra la situación descrita en la segunda modalidad de la presente invención. Los bolos de xenón grandes accidentales podrían llenar de otra manera el depósito de gas de seguridad, principalmente con xenón en lugar de oxígeno, lo cual, por supuesto, no es recomendable. De acuerdo con una modalidad particularmente preferida de la presente invención, se proporciona un método para oxigenar sangre, en donde el método incluye : circular oxigeno en un primer conducto que tiene una porción de pared de membrana permeable al gas; permitir que el oxígeno se disperse a través de la porción de pared en un segundo conducto; rellenar el oxígeno difundido a través de al menos una puerta de entrada en el primer conducto; permitir que el oxígeno se transfiera desde el primer conducto hasta un depósito que contiene oxígeno, si la presión del gas excede el rango de presión determinado previamente o el gas excede un volumen determinado previamente, y permitir que el gas sea transferido desde el depósito que contiene oxigeno hasta el primer conducto, si la presión en el primer conducto cae debajo del rango de presión determinada previamente o el volumen del gas cae debajo del volumen determinado previamente, para mantener la presión del oxígeno en el primer conducto, sustancialmente dentro del rango de presión determinado previamente. La sangre es preferentemente un flujo de sangre extracorporal . El método es sustancialmente, preferentemente tal como se describió en los párrafos anteriores .
El método de acuerdo con la presente invención, es particularmente conveniente ya que permite que ocurra el intercambio de gases en un flujo de sangre extracorporal, economizando el uso de gases frescos. De acuerdo con una segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para mantener gas en un rango de presión determinado previamente durante un proceso de intercambio de gas, en donde el aparato incluye: un primer conducto que tiene una porción de pared de membrana permeable al gas; al menos una puerta de entrada para introducir un primer gas en el aparato; y un depósito colocado para contener el primer gas . El aparato puede utilizarse en el método para mantener un gas en un rango de presión determinado previamente durante un proceso de intercambio de gas sustancialmente como se describió anteriormente. El aparato monta sustancialmente de manera conveniente el gas que está fluyendo a través de la porción de pared de membrana dentro de un rango de presión determinado previamente. El depósito puede ser un conducto de extremo abierto, ventilado hacia, por ejemplo, a la atmósfera ambiental, o como alternativa, un recipiente de volumen variable, tal como fuelles, bolsas o similares inflables, fabricados a partir de elaboración de láminas flexibles impermeables al gas . Se considera que cuando el sistema incluye un recipiente de volumen variable, actúa como un depósito del sistema que incluye opcionalmente una puerta de control colocada para permitir que el gas salga del aparato, si la presión en el sistema excede la presión ambiental, por ejemplo, los fuelles inflables están llenos y permiten la entrada de i) el primer gas; si la presión en el sistema cae debajo de la presión ambiental ii) unos de sus gases componentes o iii) aire ambiental, (por ejemplo, los fuelles, bolsas o similares inflables se vacían sustancialmente) . De manera conveniente, cuando se utiliza el aparato para la oxigenación de la sangre, el aparato incluye medios para remover dióxido de carbono, por ejemplo del primer conducto. El aparato se mantiene normalmente sustancialmente a presión atmosférica, en particular alrededor de la porción de la pared de membrana. Se considera que el primer conducto puede tener un diámetro lo suficientemente grande que proporcione una baja resistencia al flujo de gas. En una modalidad preferida, el depósito está colocado en normalmente en forma sustancialmente adyacente a la porción de pared de membrana permeable al gas . Normalmente, la porción de pared de membrana permeable al gas es una membrana oxigenadora, sustancialmente como se describió ante iormente. El aparato normalmente incluye una primera puerta de entrada (preferentemente para la introducción de oxígeno) y una segunda puerta de entrada (preferentemente para la introducción de un segundo gas, tal como xenón) . De acuerdo con una primera modalidad del segundo aspecto de la presente invención, la primera puerta de entrada y la segunda puerta de entrada están en comunicación con el primer conducto . De acuerdo con una segunda modalidad del segundo aspecto de la presente invención, la primera puerta de entrada está en comunicación con el depósito, y la segunda puerta de entrada está en comunicación con el primer conducto. Las caracterxsticas preferidas de la presente invención, serán descritas a manera de ilustración únicamente, con referencia a las figuras que la acompañan, en las cuales:
Breve Descripción de las Figuras La figura 1, representa el aparato de intercambio de gas de la presente invención; La figura 2, representa un aparato de acuerdo con una primera modalidad de la presente invenció ; La figura 3, representa un aparato de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención;
La figura 4, representa un aparato de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención .
Descripción Detallada del Invento Haciendo referencia a la figura 1, se muestra un tipo de oxigenador conocido indicado con el número 1. Una mezcla de gas que contiene oxigeno 4 (normalmente una mezcla de oxigeno y nitrógeno) se pasa a lo largo de una cara de la membrana 2, y la sangre del paciente se bombea a lo largo de la cara opuesta de la membrana 3. El oxigeno se difunde a través de la membrana en la sangre y el dióxido de carbono de desecho se difunde desde la sangre a través de la membrana en la mezcla de gas 4. Posteriormente se extrae el dióxido de carbono que se encuentra en la corriente de gas 4 y se ventila a la atmósfera ambiental. Haciendo referencia a la figura 2, en donde se han utilizado números similares para indicar partes similares que se muestran el la figura 1, se ilustra con el número 20 un aparato de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención. Los gases que pasan a lo largo de la cara de gas 2 de la membrana oxigenadora 25, se recirculan alrededor de un circuito de tubería hueca 21. La sangre 22 del paciente pasa a lo largo del otro lado de la membrana oxigenadora 25 en una forma convencional. En la membrana 25, el dióxido de carbono de desperdicio se dispersa desde la sangre 22 hasta el lado del gas de la membrana 2 en la corriente de gas 4. Este dióxido de carbono de desperdicio se remueve de la corriente de gas 4, pasando la corriente de gas 4 a través de un contenedor lleno con material de depuración de dióxido de carbono 23. Los gases se recirculan alrededor del circuito de la tubería 21 mediante una bomba motorizada 24. En la membrana oxigenadora 25, el oxígeno se dispersa desde la corriente de gas 4 a través de la membrana 24 en la sangre 22 del paciente. Conforme se elimina el dióxido de carbono, el volumen del gas en el circuito de la tubería 21 cae lentamente con el tiempo, conforme se mueve el gas (principalmente oxígeno) desde la trayectoria del gas 4 en la corriente de sangre 22 a través de la membrana 25. El rango en el cual ocurre esto, normalmente podría ser de aproximadamente 250 mi por minuto. Se agrega oxígeno fresco al circuito de gas 21 a través de la puerta 26 y xenón a través de la puerta 17. Con el objeto de guiar este proceso de adición de gas, se monitorea la concentración de cada gas constituyente dentro del circuito de gas. Conforme ocurre un equilibrio entre la captación de gas en la sangre y el gas fresco suministrado al circuito de gas, se mantiene bajo control la presión que se encuentra en el circuito de gas. Esto se logra utilizando un recipiente de extremo abierto 28 conectado al circuito de gas 21, el cual permite que ocurran pequeños desequilibrios en forma temporal entre el rango de captación de gas y la visión de gas fresco al circuito, sin una acumulación excesiva de presión. Si se suministra ligeramente de manera temporal demasiado gas fresco a través de las puertas 26 y 27, puede irse hacia abajo en forma temporal un exceso de gas en el recipiente 28 sin que sea ventilado a la atmósfera desde su extremo abierto distal 29. Una vez que tiene lugar la captación de gas a través de la membrana 25, el gas que se empujó en el recipiente 28 es extraído de nuevo al circuito 21 desde el recipiente 28, conforme el volumen de gas que se encuentra dentro del circuito 21 comienza a caer nuevamente.
Haciendo referencia a la figura 3 , en donde se han utilizado números iguales para indicar parte iguales a las que se muestran en las figuras 1 y 2, se ilustra un aparato de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención, el cual se indica con el número 30. Se proporciona un depósito de extremo abierto 38. En este corre un flujo de oxigeno constante a través de la puerta de entrada 37. Se suministra xenón en pequeñas cantidades según sea requerido al circuito de gas 21 a través de la puerta de entrada 36. Si el xenón se suministra en forma temporal al circuito de gas a través de la puerta de entrada 36 en un rango más rápido que el rango total de la captación de gas del circuito 21 que se encuentra en la sangre 22, el volumen de gas en exceso moverá el depósito 38 tal como se describe en la figura 2 anterior. Si este "volumen en exceso 39" excede el volumen del tubo del depósito 21 en la puerta de entrada de oxígeno 37, entonces se eliminará fuera del depósito 38 más exceso de gas a través del flujo de oxígeno a través de la puerta de entrada 37. Se puede agregar xenón en bolos al circuito 21 con pausas para medir la nueva composición de gas dentro del circuito 21, y esto permite al operador (manual o automático) mantener en el circuito en forma sustancxalmente constante los porcentajes de cada componente de gas dentro de la mezcla. El sistema descrito en la figura 1, es con respecto a un sistema "abierto" , lo cual significa que no pasa más de una vez gas fresco a través del sistema y por lo tanto a través del oxigenador. El texto que se refiere a la figuras 2 y 3, describe estos sistemas como utilizados "completamente cerrados" , ya que este es el modo de operación más económico y más deseable. Esto significa que se dejan entrar gases frescos al circuito en un rango más o menos igual a la captación de cada uno de estos gases en la sangre a través del oxigenador. Este es el modo de operació más eficiente en términos de consumo de gas, y por lo tanto, de costos de operación. El sistema (que comprende; oxigenador, bomba de recirculación de gas, absorsor de dióxido de carbono, además del mecanismo que permite que este "circuito" sea abierto a la atmósfera, tal como un libo de depósito) , también se puede utilizar como "semicerrado" . En esta modalidad, se introducen gases frescos (por ejemplo, oxígeno y xenón) al circuito a través e una puerta o puertas, por ejemplo las puertas 26 y 27 en la figura 2. El flujo de estos gases se ajusta para ser continuo y el flujo de cada gas en el circuito se ajusta para que exceda ligeramente el rango de captación de cada gas del circuito por la sangre a través de la membrana oxigenadora. De este modo, existe un "derrame" continuo del exceso de gas del sistema, lo cual permite que el circuito se abra funcionalmente a la atmósfera (tal como el limbo del depósito en la figura 2) . Al mismo tiempo, los gases frescos recirculan parcialmente alrededor del circuito unas cuantas veces antes de salir del sistema. Este modo de operación utiliza menos gas fresco que el sistema abierto descrito en la figura 1, ya que el gas fresco es recirculado en forma parcial. Se utiliza más gas fresco que en los modos de operación completamente cerrados descritos anteriormente en las figuras 2 y 3, ya que en el modo completamente cerrado, los gases frescos son completamente recirculados hasta que se toman en las sangre. Sin embargo la operación semicerrada tiene una ventaja, ya que en uso, la composición de gas que se encuentra en el circuito alcanza un equilibrio y por lo tanto permanece relativamente constante. Esto significa que aunque es menos económico que los modos de uso completamente cerrados descritos en las figuras 2 y 3, no requiere un alto nivel de vigilancia en términos de monitoreo y control, como se necesita con los modos de operación completamente cerrados, para que sean utilizados en forma segura. Haciendo referencia a la figura 4, debido a que se capta del circuito oxígeno más o menos xenón a través de la membrana oxigenadora 2 mediante la sangre del paciente, disminuye el volumen de gas en el circuito 21 y los fuelles 41. Los fuelles 41 no se colapsan bajo su propio peso y expulsan sus contenidos fuera del extremo del limbo de depósito 42, debido a que existe una válvula de una vía 43 en el limbo de depósito la cual únicamente permite que el gas se mueva dentro del circuito y no fuera del circuito. Cuando los fuelles 41 se vacían, el consumo de gas continuo desde el circuito a través del oxigenador, se reemplaza por el oxígeno extraído en el circuito procedente del limbo de depósito en el mismo rango. Este gas se extrae en el circuito 21 a través de la válvula de una vía pasiva antes mencionada, la cual, con el objeto de abrirse, requiere una diferencia de presión muy pequeña. Si se inyecta xenón en el circuito 21 a través de la puerta 36, se llenarán los fuelles 41 para acomodar el gas agregado en forma adicional . No habrá filtración del limbo de depósito ya que se cierra la válvula de una vía 43. Por lo tanto, el lado de gas del oxigenador está protegido contra la acumulación de presión negativa, por el hecho de que el oxígeno extra será extraído en el circuito 21, y estará protegido contra la acumulación de presión positiva, por el hecho de que la altura de los fuelles 41 podría incrementar si se agrega gas extra al circuito. Si el operador no hace nada, el oxígeno siempre se agregara al circuito en forma automática tan rápido como el gas sea tomado por el oxigenador 2. Los fuelles 41 permiten que se agregue gas para acomodarse sin una acumulación de presión. Los fuelles 41 y la válvula 43 se colocan en forma sustancialmente adyacente al lado de la salida de gas del oxigenador 2 para mantener la presión en el aparato, sustancialmente tan baja como presión atmosférica. El sistema descrito en las figuras 3 y 4 es particularmente deseable, ya que cuando la mezcla conducto es un conducto que circula en forma continua . 4. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el depósito es un conducto de extremo abierto. 5. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el depósito es un recipiente de volumen variable. 6. Un aparato de conformidad con la reivindicación 5, en donde el envase de volumen variable es un fuelle, bolsa o similar inflabe . 7. Un aparato de conformidad con las reivindicaciones 5 ó 6, en donde el envase de volumen variable se fabrica a partir de elaboración hojas impermeables al gas. 8. Un aparato de conformidad con las reivindicaciones de la 5 a la 7, el cual incluye una puerta de control colocada preferentemente para permitir que, si la presión en el sistema excede la presión ambiental, el gas salga del aparato . 9. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la porción de pared de membrana es una membrana de oxígeno .