PL245114B1 - Device for blood oxygenation - Google Patents
Device for blood oxygenation Download PDFInfo
- Publication number
- PL245114B1 PL245114B1 PL436125A PL43612520A PL245114B1 PL 245114 B1 PL245114 B1 PL 245114B1 PL 436125 A PL436125 A PL 436125A PL 43612520 A PL43612520 A PL 43612520A PL 245114 B1 PL245114 B1 PL 245114B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- chamber
- blood
- blood stream
- capillaries
- gas mixture
- Prior art date
Links
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 203
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 203
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 title abstract description 50
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 141
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 28
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 14
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 4
- 230000001706 oxygenating effect Effects 0.000 claims description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 10
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 abstract description 5
- 206010001052 Acute respiratory distress syndrome Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000001146 hypoxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 208000013616 Respiratory Distress Syndrome Diseases 0.000 abstract 1
- 201000000028 adult respiratory distress syndrome Diseases 0.000 abstract 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 11
- 238000002618 extracorporeal membrane oxygenation Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 9
- 230000036542 oxidative stress Effects 0.000 description 9
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 8
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 206010053567 Coagulopathies Diseases 0.000 description 6
- 230000035602 clotting Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 6
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 5
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 5
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 210000001772 blood platelet Anatomy 0.000 description 3
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 3
- 206010003598 Atelectasis Diseases 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010018910 Haemolysis Diseases 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 208000007123 Pulmonary Atelectasis Diseases 0.000 description 2
- 208000004756 Respiratory Insufficiency Diseases 0.000 description 2
- 206010040047 Sepsis Diseases 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 2
- 206010007625 cardiogenic shock Diseases 0.000 description 2
- 230000002612 cardiopulmonary effect Effects 0.000 description 2
- 230000007969 cellular immunity Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000008588 hemolysis Effects 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 238000005399 mechanical ventilation Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000004792 oxidative damage Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 2
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 2
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 201000004193 respiratory failure Diseases 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000009565 veno-venous ECMO Methods 0.000 description 2
- 208000035143 Bacterial infection Diseases 0.000 description 1
- 206010061688 Barotrauma Diseases 0.000 description 1
- 208000005189 Embolism Diseases 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 206010017533 Fungal infection Diseases 0.000 description 1
- 206010020674 Hypermetabolism Diseases 0.000 description 1
- 208000031888 Mycoses Diseases 0.000 description 1
- 206010053159 Organ failure Diseases 0.000 description 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 208000001647 Renal Insufficiency Diseases 0.000 description 1
- 208000005392 Spasm Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 210000002588 alveolar type II cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 208000007502 anemia Diseases 0.000 description 1
- 230000010100 anticoagulation Effects 0.000 description 1
- 208000022362 bacterial infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003130 blood coagulation factor inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 210000003123 bronchiole Anatomy 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000007248 cellular mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000010339 dilation Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 210000003989 endothelium vascular Anatomy 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 208000018875 hypoxemia Diseases 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 description 1
- 201000006370 kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 210000000265 leukocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000004199 lung function Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037000 normothermia Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008289 pathophysiological mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003331 prothrombotic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001147 pulmonary artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000000541 pulsatile effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 208000026425 severe pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 206010040872 skin infection Diseases 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 230000009424 thromboembolic effect Effects 0.000 description 1
- 201000005665 thrombophilia Diseases 0.000 description 1
- 230000000287 tissue oxygenation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 230000024883 vasodilation Effects 0.000 description 1
- 238000009564 veno-arterial ECMO Methods 0.000 description 1
Landscapes
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do utlenowania krwi (oksygenator do oksygenacji krwi) stosowane do uzupełniania niedoborów tlenu we krwi niedotlenionej, zwłaszcza w przypadkach zespołu ostrej niewydolności oddechowej. Urządzenie zawiera komorę wymiany gazowej (1) o podłużnym kształcie w postaci walca prostego lub walca eliptycznego, w którego podstawach (2 i 2') wykonane są otwory przelotowe przy czym z jednej strony komora (1) połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem wyrównawczym (4) doprowadzającym do komory (1) mieszaninę gazową zawierającą tlen, mającym otwór wlotowy (5) mieszaniny gazowej z instalacji podającej tę mieszaninę, a z drugiej strony komora (1) połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem odprowadzającym (6) z komory mieszaninę gazową, mającym otwór wylotowy (7) mieszaniny gazowej, a wewnątrz komory (1) umieszczona jest membrana w postaci wiązki kapilar (8) wykonanych z materiału półprzepuszczalnego, to jest przepuszczalnego dla cząsteczek mieszaniny gazowej a nieprzepuszczalnego dla cząstek krwi, których końce z obu stron zakotwione są w otworach przelotowych (3) w podstawach (2, 2') komory (1), a kapilary (8) ukształtowane są spiralnie, to jest skręcone są wzdłuż osi wzdłużnej komory (1) o jednakowy kąt mieszczący się w zakresie od 15 do 720 stopni, korzystnie o kąt od 90 do 360 stopni i naprężone są siłą naprężającą o wartości od 1 do 100 N, korzystnie 10 N, ponadto w ściance bocznej komory (1) w pobliżu każdej podstawy (2, 2') komory, wykonane jest co najmniej po jednym otworze wlotowo/wylotowym strumienia krwi, przy czym do otworu/otworów wlotowego/ych (10') strumienia krwi do komory (1) wymiany gazowej podłączona jest chłodnica strumienia krwi o parametrach umożliwiających jej schłodzenie, korzystnie o wartość od 0,5 do 3,5°C, natomiast w korzystnym wariancie do otworu/otworów wylotowego/ych strumienia krwi z komory (1) wymiany gazowej podłączony jest moduł grzewczy strumienia krwi o parametrach umożliwiających jej podgrzanie do fizjologicznej temperatury krwi.The subject of the invention is a blood oxygenation device (blood oxygenator) used to supplement oxygen deficiencies in hypoxic blood, especially in cases of acute respiratory distress syndrome. The device contains a gas exchange chamber (1) with an elongated shape in the form of a straight cylinder or an elliptical cylinder, in the bases of which (2 and 2') there are through holes, and on one side the chamber (1) is gas-tightly connected to the expansion tank (4). supplying a gas mixture containing oxygen to the chamber (1), having an inlet opening (5) of the gas mixture from the installation supplying this mixture, and on the other hand, the chamber (1) is connected gastight to the tank (6) discharging the gas mixture from the chamber, having an outlet opening ( 7) gas mixture, and inside the chamber (1) there is a membrane in the form of a bundle of capillaries (8) made of a semi-permeable material, i.e. permeable to gas mixture molecules and impermeable to blood particles, the ends of which are anchored on both sides in through holes ( 3) in the bases (2, 2') of the chamber (1), and the capillaries (8) are spirally shaped, i.e. they are twisted along the longitudinal axis of the chamber (1) by an equal angle ranging from 15 to 720 degrees, preferably by angle from 90 to 360 degrees and are tensioned with a tension force of 1 to 100 N, preferably 10 N, moreover, at least one hole is made in the side wall of the chamber (1) near each base (2, 2') of the chamber inlet/outlet of the blood stream, where a blood stream cooler with parameters enabling its cooling, preferably by a value from 0.5 to 3.5, is connected to the inlet/holes (10') of the blood stream to the gas exchange chamber (1). °C, while in a preferred variant, a blood stream heating module with parameters enabling its heating to the physiological blood temperature is connected to the outlet opening(s) of the blood stream from the gas exchange chamber (1).
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pozaustrojowego utlenowania krwi (oksygenator do oksygenacji krwi) krążącej i eliminacji z niej dwutlenku węgla. Pozaustrojową oksygenację krwi stosuje się w stanach, w których dochodzi do potencjalnie odwracalnego głębokiego zaburzenia funkcji płuc w stopniu uniemożliwiającym skuteczną wymianę gazową za pomocą wentylacji mechanicznej.The subject of the invention is a device for extracorporeal oxygenation of circulating blood (oxygenator for oxygenation of blood) and elimination of carbon dioxide from it. Extracorporeal blood oxygenation is used in conditions in which there is a potentially reversible, profound impairment of lung function to an extent that prevents effective gas exchange using mechanical ventilation.
Oksygenator pełni funkcję płuc i jest integralnym elementem płucoserca. Podobnie jak w warunkach fizjologicznych w płucach, następuje tutaj proces wymiany gazowej, w którym doprowadzony do komory oksygenatora tlen zajmuje miejsce dwutlenku węgla we krwi. Oksygenator jest to urządzenie zbudowane z dużej liczby cienkich rurek, pomiędzy którymi płynie krew. Ściany rurek stanowi półprzepuszczalna błona, przez którą mogą przenikać gazy - tlen i dwutlenek węgla, ale nie przenikają cząstki krwi. Wewnątrz rurek (tzw. kapilar) znajduje się przestrzeń wypełniona mieszaniną gazową, której stężenie można regulować w zależności od potrzeb. Krew, przepływając pomiędzy kapilarami, oddaje dwutlenek węgla a pobiera cząsteczki tlenu - jest to proces, który normalnie odbywa się w płucach.The oxygenator performs the function of the lungs and is an integral element of the heart-lung machine. Similarly to the physiological conditions in the lungs, a gas exchange process takes place here, in which oxygen supplied to the oxygenator chamber takes the place of carbon dioxide in the blood. An oxygenator is a device composed of a large number of thin tubes with blood flowing between them. The walls of the tubes are made of a semi-permeable membrane through which gases - oxygen and carbon dioxide - can pass, but blood particles cannot pass through. Inside the tubes (so-called capillaries) there is a space filled with a gas mixture, the concentration of which can be adjusted depending on needs. Blood flowing between the capillaries releases carbon dioxide and takes in oxygen molecules - a process that normally takes place in the lungs.
Z dotychczasowego stanu techniki znane są urządzenia do utlenowania krwi oraz materiały w nich stosowane.Blood oxygenation devices and the materials used in them are known from the state of the art.
Na przykład, dwa oksygenatory, w których zastosowany jest przepływ strumienia krwi prostopadły do przepływu mieszaniny gazowej, opisane są w analizie porównawczej dokonanej przez Wang i wsp. (2016), z której wynika, że oksygenator Quadrox-i Adult charakteryzuje się niskim oporem i wysoką biozgodnością z niższym spadkiem ciśnienia i niższym zużyciem energii hemodynamicznej. Natomiast oksygenator Capiox RX25 w warunkach klinicznych charakteryzował się mniejszym ryzykiem występowania gazowych mikrozatorów (gaseous microemboli, GME). To pokazuje, że konieczna jest optymalizacja konstrukcji w celu poprawy bezpieczeństwa terapii. Do układu krwionośnego dostarczanych jest tysiące GME podczas terapii ECMO (ExtraCorporeal Membrane Oxygenation) pomimo zastosowania oksygenatora membranowego i filtracji tętniczej. GME powodują niedokrwienie tkanek, uszkodzenie śródbłonka naczyniowego w mózgu i innych narządach końcowych, prowadząc do poszerzenia naczyń, zwiększonej przepuszczalności, aktywacji płytek krwi, kaskady krzepnięcia oraz aktywacji dopełniacza i komórkowych mediatorów zapalenia. Współczesne technologie tylko częściowo usuwają GME. Pożądane jest opracowanie systemów, które wyeliminują powstawanie GME przy jednoczesnym zachowaniu dobrych parametrów wymiany gazowej [Wang S, Kunselman AR, ^dar A. Evaluation of Capiox RX25 and Quadrox-i Adult Hollow Fiber Membrane Oxygenators in a Simulated Cardiopulmonary Bypass Circuit. Artif Organs. 2016; 40(5): E69-E78. doi:10.1111/aor.12633].For example, two oxygenators using a blood stream flow perpendicular to the flow of the gas mixture are described in a comparative analysis by Wang et al. (2016), which shows that the Quadrox-i Adult oxygenator is characterized by low resistance and high biocompatibility with lower pressure drop and lower hemodynamic energy consumption. However, the Capiox RX25 oxygenator in clinical conditions was characterized by a lower risk of gaseous microemboli (GME). This shows that design optimization is necessary to improve the safety of therapy. Thousands of GME are delivered to the circulatory system during ECMO (ExtraCorporeal Membrane Oxygenation) therapy despite the use of a membrane oxygenator and arterial filtration. GMEs cause tissue ischemia, damage to the vascular endothelium in the brain and other end organs, leading to vasodilation, increased permeability, activation of platelets, the coagulation cascade, and activation of complement and cellular mediators of inflammation. Modern technologies only partially remove GME. It is desirable to develop systems that will eliminate the formation of GME while maintaining good gas exchange parameters [Wang S, Kunselman AR, ^dar A. Evaluation of Capiox RX25 and Quadrox-i Adult Hollow Fiber Membrane Oxygenators in a Simulated Cardiopulmonary Bypass Circuit. Artif Organs. 2016; 40(5): E69-E78. doi:10.1111/aor.12633].
Z doświadczenia Formica i wsp. (2008) wynika, że oksygenator Quadrox D wykazał optymalną wydajność bez występowania wycieku osocza i konieczności wymiany ECMO przez ponad cztery dni u dorosłych pacjentów ze wstrząsem kardiogennym. W badaniu był zastosowany ECMO składający się z oksygenatora membranowego z przepływem strumienia krwi prostopadłym do przepływu mieszaniny gazowej, którego materiał modyfikowany był polimetylopentenem i magnetycznej pompy odśrodkowej. Wstępne obserwacje wskazują, że takie urządzenie ze zmodyfikowaną membraną mogłoby prawidłowo pracować nawet dwa tygodnie. Dalsze modyfikacje membran w oksygenatorach mogłyby spowodować wydłużenie żywotności tych urządzeń [Formica F, Avalli L, Martino A, et al. Extracorporeal membrane oxygenation with a poly-methylpentene oxygenator (Quadrox D). The experience of a single Italian centre in adult patients with refractory cardiogenic shock. ASAIO J. 2008; 54(1): 89-94. doi:10.1097/MAT.0b013e31815ff27e].In the experience of Formica et al. (2008), the Quadrox D oxygenator demonstrated optimal performance without plasma leakage or the need for ECMO replacement for more than four days in adult patients with cardiogenic shock. The study used ECMO consisting of a membrane oxygenator with a blood flow perpendicular to the flow of the gas mixture, the material of which was modified with polymethylpentene and a magnetic centrifugal pump. Preliminary observations indicate that such a device with a modified membrane could function properly for up to two weeks. Further modifications of membranes in oxygenators could extend the service life of these devices [Formica F, Avalli L, Martino A, et al. Extracorporeal membrane oxygenation with a poly-methylpentene oxygenator (Quadrox D). The experience of a single Italian center in adult patients with refractory cardiogenic shock. ASAIO J. 2008; 54(1): 89-94. doi:10.1097/MAT.0b013e31815ff27e].
Clingan i wsp. (2016) przeprowadzili badania zapoczątkowane przez Gipson i wsp. (2014). Zastosowali oni hipobaryczne natlenienia w celu osiągnięcia lekkiego stanu hipoksycznego w oksygenatorach Terumo® FX15. Hipobaryczne natlenienie może zmniejszyć ryzyko związane z wytwarzaniem GME podczas pulsacyjnej perfuzji przepływu, wspomaganego próżniowo drenażu żylnego i szybkich zmian temperatury. Podobne obserwacje poczynili Ginther i wsp. (2013) podczas klinicznego zastosowania oksygenatora Maquet Quadrox-i dla noworodków. Wykazano korzyści wynikające z niskiego spadku ciśnienia przezbłonowego [Clingan S, Schuldes M, Francis S, Hoerr H Jr, Riley J. In vitro elimination of gaseous microemboli utilizing hypobaric oxygenation in the Terumo® FX15 oxygenator. Perfusion. 2016; 31(7): 552-559. doi:10.1177/0267659116638148; Gipson KE, Rosinski DJ, Schonberger RB, et al. Elimination of gaseous microemboli from cardiopulmonary bypass using hypobaric oxygenation. Ann Thorac Surg. 2014; 97(3): 879-886. doi:10.1016/j.athoracsur.2013.08.074; Ginther RM Jr, Gorney R, Cruz R. A clinical evaluation of the Maquet Quadrox-i Neonatal oxygenator with integrated arterial filter. Perfusion. 2013; 28(3): 194-199. doi:10.1177/0267659113475694].Clingan et al. (2016) conducted research initiated by Gipson et al. (2014). They used hypobaric oxygenation to achieve a mild hypoxic state in Terumo® FX15 oxygenators. Hypobaric oxygenation may reduce the risks associated with GME production during pulsatile flow perfusion, vacuum-assisted venous drainage, and rapid temperature changes. Similar observations were made by Ginther et al. (2013) during the clinical use of the Maquet Quadrox-i oxygenator for newborns. The benefits of a low transmembrane pressure drop have been demonstrated [Clingan S, Schuldes M, Francis S, Hoerr H Jr, Riley J. In vitro elimination of gaseous microemboli utilizing hypobaric oxygenation in the Terumo® FX15 oxygenator. Perfusion. 2016; 31(7): 552-559. doi:10.1177/0267659116638148; Gipson KE, Rosinski DJ, Schonberger RB, et al. Elimination of gaseous microemboli from cardiopulmonary bypass using hypobaric oxygenation. Ann Thorac Surg. 2014; 97(3): 879-886. doi:10.1016/j.athoracsur.2013.08.074; Ginther RM Jr, Gorney R, Cruz R. A clinical evaluation of the Maquet Quadrox-i Neonatal oxygenator with integrated arterial filter. Perfusion. 2013; 28(3): 194-199. doi:10.1177/0267659113475694].
Z opisu patentowego US4008047 znane jest rozwiązanie polegające na tym, że etylocelulozę poddaje się fluoroacylowaniu, to natomiast skutkuje dobrą przepuszczalnością gazu i kompatybilnością z krwią warstw polimerowych wykonanych z powstałych fluorowanych estrów. Fluoroacylowana etyloceluloza ma dobrą stabilność hydrolityczną przy pH krwi i warunkach sterylizacji (na przykład 100°C). Stosowana jest w urządzeniach do utleniania krwi, wszczepialnych urządzeniach biomedycznych, urządzeniach do pobierania lub analizy krwi, lub oczyszczania itp. Zastosowanie tego materiału do budowy membran pozwala niwelować problemy z wykrzepianiem i odpornością na sterylizację, jednak tylko do czasu zużycia warstwy powierzchniowej. Po jej starciu następuje utrata pozytywnych właściwości, co należy do słabych stron tego rozwiązania.The solution known from the patent description US4008047 is that ethylcellulose is fluoroacylated, which results in good gas permeability and blood compatibility of polymer layers made of the resulting fluorinated esters. Fluoroacylated ethyl cellulose has good hydrolytic stability at blood pH and sterilization conditions (e.g. 100°C). It is used in blood oxidation devices, implantable biomedical devices, devices for blood collection, analysis or purification, etc. The use of this material for the construction of membranes allows to eliminate problems with clotting and resistance to sterilization, but only until the surface layer is worn out. After wearing it, the positive properties are lost, which is one of the weaknesses of this solution.
Znane są także membrany składające się z pustych włókien (kapilar, rurek). Z opisu patentowego nr WO9534373 znane są takie membrany półprzepuszczalne z pustymi włóknami charakteryzujące się tym, że posiadają monofilamentowe elementy dystansowe (monofilamentous spacer members), spiralnie rozmieszczone lub uformowane na ich zewnętrznej powierzchni. Wynalazek ten opisuje także pozaustrojowe urządzenia do uzdatniania krwi zawierające takie ulepszone membrany.Membranes consisting of hollow fibers (capillaries, tubes) are also known. From the patent description No. WO9534373, such semi-permeable membranes with hollow fibers are known, characterized by the fact that they have monofilamentous spacer members, spirally arranged or formed on their outer surface. This invention also describes extracorporeal blood treatment devices comprising such improved membranes.
Znane są również oksygenatory płynów organicznych, które można stosować w szczególności do natleniania krwi przepływającej w obiegu pozaustrojowym, bez tworzenia stref, w których przepływ płynu zwalnia i zatrzymuje się powodując agregaty, skrzepy i znaczne zmniejszenie zdolności utleniania. Z opisu patentowego nr US2020016312 znane jest rozwiązanie polegające na tym, że oksygenator składa się z korpusu pojemnika mającego oś wzdłużną; pierwszego otworu wlotowego dla tlenu i drugiego otworu wylotowego dla gazów wydechowych uzyskanych w korpusie pojemnika; trzeciego otworu wlotowego dla natlenianego płynu organicznego i czwartego otworu wylotowego dla natlenionego płynu organicznego uzyskanego w korpusie pojemnika; komory natleniającej płyn, który ma być natleniony, która jest zdefiniowana wewnątrz korpusu pojemnika; wstępnej komory rozdzielczej płynu, który ma być natleniony, zamontowanej między trzecim otworem wlotowym a komorą natleniającą; włókien kapilarnych nieprzepuszczalnych dla płynów i porowatych dla gazów, zaprojektowanych tak, aby umożliwić kontakt z płynem organicznym i umieszczonych wewnątrz komory utleniającej zgodnie ze wspólnym równoległym kierunkiem; dynamicznych środków dystrybucji obsługiwanych w komorze wstępnej dystrybucji za pomocą środków podtrzymujących. Zalety wynalazku to: korzystny stosunek między ogólnymi rozmiarami a zdolnością do natleniania; zapobiega spowolnieniu przepływu płynów organicznych, a w konsekwencji powstawaniu nagromadzeń i zakrzepów; zapobiega zmiażdżeniu motków włókien kapilarnych typu „hollow fiber”, utrzymując nienaruszone użyteczne sekcje przejściowe i utrzymując wszystkie powierzchnie każdego pojedynczego włókna typu „hollow fiber” doskonale przepuszczalne i użyteczne, nawet w przypadku dużej liczby włókien typu „hollow fiber” stosowane w stosunku do jednej jednostki objętości.Organic fluid oxygenators are also known, which can be used in particular to oxygenate blood flowing in the extracorporeal circuit, without creating zones in which the fluid flow slows down and stops, causing aggregates, clots and a significant reduction in oxidation capacity. From patent description No. US2020016312, a solution is known in which the oxygenator consists of a container body having a longitudinal axis; a first inlet port for oxygen and a second outlet port for exhaust gases obtained in the container body; a third inlet port for the oxygenated organic fluid and a fourth outlet port for the oxygenated organic fluid obtained in the container body; an oxygenation chamber for the fluid to be oxygenated, which is defined within the container body; a preliminary distribution chamber of the fluid to be oxygenated, mounted between the third inlet port and the oxygenation chamber; hollow fibers impermeable to fluids and porous to gases, designed to allow contact with the organic fluid and arranged within the oxidation chamber in a common parallel direction; dynamic distribution means operated in the pre-distribution chamber by support means. The advantages of the invention are: favorable ratio between overall size and oxygenation capacity; prevents the slowing down of the flow of organic fluids and, consequently, the formation of accumulations and clots; prevents the skeins of hollow fiber from being crushed, keeping the useful transition sections intact and keeping all surfaces of each individual hollow fiber perfectly permeable and usable, even when large numbers of hollow fibers are used per unit volume.
Z opisu patentowego nr US2020129687 znany jest także oksygenator zawierający obudowę i zespół membran umieszczony w obudowie. Obudowa ma wlot krwi, wylot krwi i ścieżkę przepływu krwi od wlotu krwi do wylotu krwi. Obudowa określa oś środkową i szereg stref rozmieszczonych koncentrycz nie wokół osi środkowej. Zespół membran jest umieszczony w obudowie. Zespół membran zawiera pierwsze liczne elementy wymiany gazu umieszczone w pierwszej strefie obudowy i drugie wiele elementów wymiany gazu umieszczone w drugiej strefie obudowy. Druga strefa jest rozmieszczona koncentrycznie wokół pierwszej strefy, a strefy są płynnie otwarte względem siebie wzdłuż korpusu wielu elementów wymiany gazowej i płynnie oddzielone od siebie wzdłuż dalszego końca. Pierwsza strefa jest skonfigurowana do płynnego połączenia ze źródłem tlenu, a druga strefa jest skonfigurowana do płynnego połączenia ze źródłem podciśnienia. Ścieżka przepływu krwi obejmuje zasadniczo promieniowy przepływ przez pierwszą strefę w celu dodania tlenu do krwi, a drugą strefę w celu oddzielenia gazowych mikro zatorów od krwi przez wiele elementów wymiany gazowej.From the patent description No. US2020129687 there is also known an oxygenator containing a casing and a set of membranes placed in the casing. The housing has a blood inlet, a blood outlet, and a blood flow path from the blood inlet to the blood outlet. The housing defines a central axis and a series of zones arranged concentrically around the central axis. The membrane assembly is housed in a housing. The membrane assembly includes a first plurality of gas exchange elements arranged in a first zone of the housing and a second plurality of gas exchange elements disposed in a second zone of the housing. The second zone is arranged concentrically around the first zone, and the zones are smoothly open to each other along the body of the plurality of gas exchange elements and smoothly separated from each other along the distal end. The first zone is configured to be in fluid communication with the oxygen source and the second zone is configured to be in fluid communication with the vacuum source. The blood flow path generally involves radial flow through a first zone to add oxygen to the blood and a second zone to separate gaseous micro emboli from the blood through multiple gas exchange elements.
Z opisu patentowego nr US2020108194 znane jest rozwiązanie polegające na tym, że oksygenator posiada zintegrowany system usuwania powietrza, którego bąbelki mogłyby prowadzić do zatorowości. Oksygenator zawiera wlot krwi i wylot krwi. Ścieżka przepływu krwi rozciąga się od wlotu krwi do wylotu krwi. Aparat do utleniania krwi zawiera również część wymiany gazu umieszczoną wzdłuż ścieżki przepływu krwi; część wymiany ciepła umieszczoną wzdłuż ścieżki przepływu krwi przed częścią wymiany gazu i jedno lub więcej porowatych włókien typu „hollow fiber” rozmieszczonych prostopadle do ścieżki przepływu krwi przed częścią wymiany ciepła.From patent description No. US2020108194, a solution is known in which the oxygenator has an integrated system for removing air, the bubbles of which could lead to embolism. The oxygenator includes a blood inlet and a blood outlet. The blood flow path extends from the blood inlet to the blood outlet. The blood oxygenation apparatus also includes a gas exchange portion positioned along the blood flow path; a heat exchange portion disposed along the blood flow path upstream of the gas exchange portion and one or more porous hollow fibers disposed perpendicular to the blood flow path upstream of the heat transfer portion.
Wiele ze znanych dotychczas układów do utlenowania krwi zbudowanych jest w taki sposób, że składają się z membran w postaci kapilar ułożonych równolegle względem siebie jednak prostopadle do kierunku przepływu krwi lub przecinających się pod kątem 90° ale ułożonych w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu krwi w urządzeniu, tworzące warstwę kapilar. Przez kapilary przepływa mieszanka gazowa z tlenem. Kapilary są rozdzielone między sobą i stabilizowane z wykorzystaniem elementów dystansowych w postaci układu włókien lub siatek najczęściej z poliolefin ułożonych warstwowo pomiędzy układami membran (kapilar). Dodatkowo każda warstwa kapilar może być oddzielona od sąsiadujących warstw kapilar warstwą dystansową zbudowaną z włókien w postaci gęstej siatki. Przez taki układ przepuszcza się krew prostopadle do osi wzdłużnej kapilar (membrany), to jest prostopadle do kierunku przepływu w kapilarach mieszaniny gazowej z tlenem. Układ taki cechuje się licznymi wadami, z których najważniejsze to:Many of the previously known blood oxygenation systems are constructed in such a way that they consist of membranes in the form of capillaries arranged parallel to each other but perpendicular to the direction of blood flow or intersecting at an angle of 90° but arranged in a plane perpendicular to the direction of blood flow in the device. , forming a layer of capillaries. A gas mixture with oxygen flows through the capillaries. The capillaries are separated from each other and stabilized using spacers in the form of a system of fibers or meshes, most often made of polyolefins arranged in layers between the systems of membranes (capillaries). Additionally, each capillaries layer can be separated from the adjacent capillaries layers with a spacer layer made of fibers in the form of a dense mesh. Blood is passed through such a system perpendicular to the longitudinal axis of the capillaries (membrane), i.e. perpendicular to the direction of flow of the gas mixture with oxygen in the capillaries. This system has numerous disadvantages, the most important of which are:
- do skutecznego przekazania tlenu do cząstek krwi wymagane jest stosunk owo wysokie ciśnienie mieszaniny gazowej zawierającej do blisko 100% tlenu, a to podnosi ryzyko stresu oksydacyjnego dla komórek,- a relatively high pressure of a gas mixture containing up to almost 100% oxygen is required to effectively transfer oxygen to blood particles, which increases the risk of oxidative stress for cells,
- ryzyko wystąpienia pęcherzyków gazu we krwi, co powoduje konieczność stosowania układów odgazowujących,- risk of gas bubbles in the blood, which necessitates the use of degassing systems,
- brak samoregulacji - pomimo osiągnięcia zdolności absorpcyjnych krwi cząstka wysycona jest nadal eksponowana na działanie tlenu, co podnosi ryzyko stresu oksydacyjnego (po wysyceniu uwalnianie się gazu w postaci pęcherzyków do krwi),- lack of self-regulation - despite achieving the absorption capacity of blood, the saturated particle is still exposed to oxygen, which increases the risk of oxidative stress (after saturation, gas is released in the form of bubbles into the blood),
- krótki czas kontaktu cząstek krwi z cząsteczką tlenu, co powoduje obniżenie skuteczności wymiany gazowej.- short contact time of blood particles with an oxygen molecule, which reduces the effectiveness of gas exchange.
Do słabych stron znanych rozwiązań należy między innymi to, że kształt i umiejscowienie zastosowanych w nich membran w postaci rurek (kapilar) może wpływać na wykrzepianie na niektórych elementach, a także może powodować hemolizę krwinek. Konstrukcje membran zawierają czasem dystanse między kapilarami, które utrzymują kapilary w położeniach wyjściowych, które jednak zakłócają laminarność przepływu krwi i powodują powstawanie przepływów turbulentnych, a co za tym idzie mogą promować powstawanie skrzeplin i mikrozatorów. W konsekwencji wykrzepień może dochodzić do zakażeń, niewydolności narządowych, głównie nerek.The weaknesses of known solutions include, among others, the fact that the shape and location of the tube membranes (capillaries) used in them may affect the clotting of some elements and may also cause hemolysis of blood cells. Membrane structures sometimes contain spacers between capillaries, which keep the capillaries in their initial positions, which, however, disturb the laminarity of blood flow and cause turbulent flows, and thus may promote the formation of thrombi and microemboli. As a consequence, clotting may lead to infections and organ failure, mainly kidney failure.
Pacjenci z zespołem ostrej niewydolności oddechowej (acute respiratory distress syndro me, ARDS) w okresie poprzedzającym włączenie techniki pozaustrojowego utlenowania krwi ECMO są zwykle agresywnie wentylowani mechanicznie z koniecznością stosowania wentylacji z wykorzystaniem wysokiego ciśnienia mieszaniny oddechowej. Pomimo stosowania protokołu wentylacji oszczędzającej płuca, ciśnienie w drogach oddechowych konieczne do utrzymania wentylacji płuc może uszkadzać nie objęte chorobą obszary pęcherzyków płucnych. Dochodzi wówczas do powstawania zjawiska barotraumy odpowiedzialnego za dalsze wtórne uszkodzenie płuc. Ponadto ciężka niewydolność oddychania wiąże się również z koniecznością stosowania wysokich stężeń tlenu dla właściwego utlenowania tkanek. Stopień niewydolności oddechowej jest związany z koniecznością podaży tlenu o wysokim, nawet blisko 100%-owym stężeniu tlenu w mieszaninie gazowej podczas mechanicznej wentylacji płuc z użyciem respiratora. Tak wysokie stężenie tlenu, na drodze odruchowej i zwiększonej resorpcji azotu z pęcherzyków płucnych, nasila już występującą niedodmę i dalej upośledza wymianę gazową. Wysokie stężenia tlenu w mieszaninie oddechowej prowadzą również do bezpośredniego uszkodzenia pneumocytów typu II w pęcherzykach płucnych. Skutkuje to narastaniem niedoborów surfaktantu, substancji powlekającej wewnętrzną powierzchnię pęcherzyków płucnych i zapobiegającej ich zapadaniu się. W stanach niedoboru surfaktantu dochodzi do powiększania się obszarów płuc objętych niedodmą i pogłębianiem się zaburzeń wymiany gazowej w płucach. Ponadto, czynnikiem nasilającym problemy z wymianą gazową, istotnym klinicznie w przypadku chorób zajmujących większość tkanki śródmiąższowej płuc, jest fizjologiczny hipoksemiczny skurcz naczyń płucnych i oskrzelików, który w przypadku procesów lokalnie uszkadzających płuca jest zjawiskiem korzystnym, ale w przypadku uogólnionej hipoksemii - nasila objawy niedotlenienia.Patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) in the period before the initiation of extracorporeal blood oxygenation (ECMO) are usually aggressively mechanically ventilated with the need to use high-pressure ventilation. Despite the use of a lung-sparing ventilation protocol, the airway pressure required to maintain lung ventilation may damage unaffected areas of the alveoli. This causes the phenomenon of barotrauma, which is responsible for further secondary damage to the lungs. In addition, severe respiratory failure also requires the use of high oxygen concentrations for proper tissue oxygenation. The degree of respiratory failure is related to the need to supply oxygen with a high, even close to 100% concentration of oxygen in the gas mixture during mechanical ventilation of the lungs using a respirator. Such a high concentration of oxygen, through reflex and increased resorption of nitrogen from the alveoli, intensifies the already existing atelectasis and further impairs gas exchange. High concentrations of oxygen in the breathing mixture also lead to direct damage to type II pneumocytes in the alveoli. This results in increasing deficiencies of surfactant, a substance that coats the inner surface of the alveoli and prevents them from collapsing. In states of surfactant deficiency, the areas of the lung affected by atelectasis increase and gas exchange disorders in the lungs deepen. Moreover, a factor that intensifies problems with gas exchange, which is clinically important in the case of diseases affecting most of the interstitial tissue of the lungs, is physiological hypoxemic spasm of the pulmonary vessels and bronchioles, which is a beneficial phenomenon in the case of processes that locally damage the lungs, but in the case of generalized hypoxemia - it intensifies the symptoms of hypoxia.
Te niekorzystne zjawiska związane z wysoką, blisko 100%-ową zawartością tlenu w mieszaninie gazowej mogą również mieć miejsce w przypadku pozaustrojowej oksygenacji - ECMO. Konieczność stosowania mieszaniny gazowej o blisko 100%-owej zawartości tlenu podawanej do oksygenatora wynika z faktu ograniczeń technologicznych membrany, w której odbywa się wymiana gazowa, a która jest główną składową urządzenia. Powierzchnia wymiany gazowej membrany jest dużo mniejsza niż powierzchnia wymiany płuc. Powierzchnia kapilar pęcherzykowych w płucach to około 70-100 m2, co jest o wiele większą powierzchnią niż w membranach stosowanych obecnie w ECMO. Wymiana tlenu przez membranę zależy w pewnym stopniu od ciśnienia parcjalnego tlenu po obu stronach membrany. Dla zapewnienia maksymalnej wydajności membrany, stosowana jest mieszanina gazowa o bliskoThese unfavorable phenomena related to the high, almost 100%, oxygen content in the gas mixture may also occur in the case of extracorporeal oxygenation - ECMO. The need to use a gas mixture with almost 100% oxygen content fed to the oxygenator results from the technological limitations of the membrane in which gas exchange takes place, which is the main component of the device. The gas exchange surface of the membrane is much smaller than the exchange surface of the lungs. The surface of the alveolar capillaries in the lungs is approximately 70-100 m2 , which is a much larger surface than the membranes currently used in ECMO. The exchange of oxygen across the membrane depends to some extent on the partial pressure of oxygen on both sides of the membrane. To ensure maximum membrane performance, a gas mixture of close to
100%-owej zawartości tlenu podawana do oksygenatora. Prawie czysty tlen stosowany często w leczeniu z zastosowaniem żylno-żylnego lub żylno-tętniczego ECMO, kontaktujący się z elementami morfotycznymi krwi, doprowadza do stresu oksydacyjnego, uszkodzenia błon komórkowych erytrocytów krwi krążącej. Prowadzi to do rozpadu krwinek z uwolnieniem związków hemu do krwi. Hemoliza prowadzi do anemizacji leczonych chorych.100% oxygen content fed to the oxygenator. Almost pure oxygen, often used in treatment with veno-venous or veno-arterial ECMO, contacts the morphotic elements of the blood and leads to oxidative stress and damage to the cell membranes of circulating erythrocytes. This leads to the breakdown of blood cells with the release of heme compounds into the blood. Hemolysis leads to anemia of treated patients.
Podobnemu działaniu szkodliwego, wysokiego stężenia tlenu poddane są również inne elementy morfotyczne krwi. Uszkodzenie błon komórkowych leukocytów i trombocytów będzie skutkowało upośledzeniem odporności komórkowej i pogorszeniem zdolności organizmu do obrony przed infekcjami bakteryjnymi i grzybiczymi, a także indukcją uogólnionej reakcji zapalnej oraz wydzielaniu czynników prozakrzepowych. Pogorszenie odporności komórkowej i upośledzenie funkcji układu odpornościowego wpływa na skuteczność leczenia ciężkiego zapalenia płuc i sepsy, które są głównym wskazaniem do żylno-żylnego ECMO. Ponadto, upośledzenie odporności pacjenta prowadzi do zakażeń związanych z hospitalizacją: zakażeń łożyska naczyniowego, krwiopochodnych zapaleń płuc, zakażenia skóry w miejscu wprowadzenia drenów. Zakażenia w trakcie terapii są drugim co do częstości występowania powikłaniem podczas terapii ECMO. Powstawanie zakażeń wpływa tym samym na ostateczny wynik leczenia. Powstaje konieczność częstszego i długotrwałego stosowania szeroko-spektralnej antybiotykoterapii, a przez to generowanie szczepów bakterii opornych na antybiotyki. Narastająca oporność szczepów bakterii na antybiotyki jest czynnikiem zwiększenia śmiertelności chorych. Z kolei uszkodzenie trombocytów będzie skutkowało powstaniem nadkrzepliwości (trzecie, co do częstości występowania powikłanie), często odpowiedzialnej za powikłania zakrzepowo-zatorowe i konieczność intensyfikacji antykoagulacji.Other blood cells are also subjected to a similar action of harmful, high oxygen concentrations. Damage to the cell membranes of leukocytes and thrombocytes will result in impaired cellular immunity and the body's ability to defend itself against bacterial and fungal infections, as well as the induction of a generalized inflammatory reaction and the secretion of prothrombotic factors. Deterioration of cellular immunity and impaired immune system function affect the effectiveness of treatment of severe pneumonia and sepsis, which are the main indication for venovenous ECMO. Moreover, impaired immunity of the patient leads to infections associated with hospitalization: infections of the vascular bed, blood-borne pneumonias, skin infections where the drains are inserted. Infections during therapy are the second most common complication during ECMO therapy. The occurrence of infections thus affects the final result of treatment. There is a need for more frequent and long-term use of broad-spectrum antibiotic therapy, which leads to the generation of antibiotic-resistant bacterial strains. The increasing resistance of bacterial strains to antibiotics is a factor in increasing the mortality rate of patients. In turn, damage to thrombocytes will result in hypercoagulability (the third most common complication), often responsible for thromboembolic complications and the need to intensify anticoagulation.
W związku z powyższym, klinicznie istotne stało się opracowanie takiej konstrukcji urządzenia, aby umożliwić bardziej efektywną oksygenację i eliminację dwutlenku węgla przy mniejszych niż 100% stężeniach stosowanego tlenu w miejscu, w którym w oksygenatorze dochodzi do natleniania krwi krążącej. Podstawą do wprowadzenia zmian konstrukcyjnych wobec znanych dotychczas urządzeń są zjawiska fizjologiczne i obserwowane mechanizmy adaptacyjne zdrowych płuc.Therefore, it became clinically important to develop a device design that would enable more effective oxygenation and elimination of carbon dioxide at concentrations of oxygen used lower than 100% in the place where the circulating blood is oxygenated in the oxygenator. The basis for introducing design changes to previously known devices are physiological phenomena and observed adaptive mechanisms of healthy lungs.
Fizjologicznie w warunkach podstawowego metabolizmu przez łożysko płucne przepływa krew w ilości około 6 L/min. W warunkach zwiększonego zapotrzebowania na tlen, takich jak wysiłek fizyczny lub hipermetabolizm występujący na przykład w czasie sepsy, zapotrzebowanie na tlen znacznie wzrasta, co jest czynnikiem zwiększającym rzut serca i wentylację płuc. Pozwala to na aż 2-3-krotne zwiększenie przepływu krwi przez łożysko płucne, skracając czas pobytu erytrocytu w kapilarach płucnych o około 70%, co dzięki rozszerzeniu kapilar płucnych i zwiększeniu rzutu serca odbywa się bez wpływu na utlenowanie krwi (wysycenie hemoglobiny tlenem) i ciśnienie w łożysku płucnym (w warunkach fizjologicznych hemoglobina jest w pełni utlenowana po przejściu przez erytrocyt 1/3 długości kapilary płucnej).Physiologically, under conditions of basal metabolism, blood flows through the pulmonary bed in an amount of approximately 6 L/min. In conditions of increased oxygen demand, such as physical exercise or hypermetabolism occurring, for example, during sepsis, the demand for oxygen increases significantly, which is a factor in increasing cardiac output and lung ventilation. This allows for a 2-3-fold increase in blood flow through the pulmonary bed, shortening the time of erythrocyte stay in the pulmonary capillaries by approximately 70%, which, thanks to the dilation of the pulmonary capillaries and increased cardiac output, takes place without affecting blood oxygenation (saturation of hemoglobin with oxygen) and pressure in the pulmonary bed (under physiological conditions, hemoglobin is fully oxygenated after the erythrocyte has passed 1/3 of the length of the pulmonary capillary).
W oparciu o mechanizmy adaptacyjne znane z fizjologii oddychania i wymiany gazowej w płucach, pożądane jest maksymalne wydłużenie czasu kontaktu erytrocytu z kapilarą wypełnioną mieszaniną gazową, aby możliwe było efektywne utlenowanie hemoglobiny z wykorzystaniem jak najniższego stężenia tlenu w mieszaninie gazowej stosowanej w oksygenatorze.Based on the adaptive mechanisms known from the physiology of respiration and gas exchange in the lungs, it is desirable to maximize the contact time of the erythrocyte with the capillary filled with the gas mixture to enable effective oxygenation of hemoglobin using the lowest possible concentration of oxygen in the gas mixture used in the oxygenator.
Samo wydłużenie długości kapilar mające na celu wydłużenie czasu kontaktu erytrocytu z kapilarą wypełnioną mieszaniną gazową nie jest jednak dobrym rozwiązaniem. Może napotkać na komplikacje techniczne w produkcji, a potem w trakcie użytkowania urządzenia, zwłaszcza związane z utrzymaniem pożądanej równoległości między kapilarami i odległości między nimi, i może zwiększać prawdopodobieństwo wykrzepiania przepływającej krwi. Biorąc zatem pod uwagę fakt, że kapilar nie można wydłużać nadmiernie, a ich długość wciąż może być niewystarczająca dla efektywnej wymiany gazowej przepływającej w nich mieszaniny gazowej z opływającą je krwią, pożądane stało się dalsze poszukiwanie pomysłów na zwiększenie efektywności tejże wymiany.However, merely extending the length of the capillaries in order to extend the contact time of the erythrocyte with the capillary filled with the gas mixture is not a good solution. It may encounter technical complications in the production and then during use of the device, especially related to maintaining the desired parallelism between the capillaries and the distance between them, and may increase the likelihood of clotting of the flowing blood. Therefore, taking into account the fact that capillaries cannot be extended excessively and their length may still be insufficient for effective gas exchange of the gas mixture flowing in them with the blood flowing through them, it became desirable to continue searching for ideas to increase the efficiency of this exchange.
Takie rozwiązanie zaproponowali właśnie twórcy niniejszego wynalazku, w którym zastosowali mechanizm zapewniający transport strumienia krwi równolegle do transportu mieszaniny gazowej w kapilarach, w tym samym co krew lub korzystniej w przeciwnym kierunku, który pozwoli na bardziej efektywną wymianę gazową, ponieważ zwiększy się łatwość wymiany gazowej, a powstały gradient tlenowy pozwoli na stopniowe utlenowanie erytrocytów. Połączenie mechanizmów w przeciwprądowym wariancie korzystnym, to jest wydłużenie realnej drogi czynnej wymiany gazowej oraz mechanizmu przeciwprądowego pozwoli na znaczną redukcję wymaganej prężności mie szaniny gazowej, co w oparciu o mechanizmy patofizjologiczne i komórkowe powinno zmniejszyć ryzyko wystąpienia licznych powikłań i poprawić efekty leczenia chorych.This solution was proposed by the inventors of the present invention, in which they used a mechanism ensuring the transport of the blood stream parallel to the transport of the gas mixture in the capillaries, in the same way as the blood or, more preferably, in the opposite direction, which will allow for more effective gas exchange, because the ease of gas exchange will increase, and the resulting oxygen gradient will allow for the gradual oxygenation of erythrocytes. The combination of mechanisms in the countercurrent preferred variant, i.e. the extension of the real path of active gas exchange and the countercurrent mechanism, will allow for a significant reduction in the required pressure of the gas mixture, which, based on pathophysiological and cellular mechanisms, should reduce the risk of numerous complications and improve the effects of patient treatment.
Istotę wynalazku stanowi urządzenie do utlenowania (oksygenacji) krwi zawierające komorę wymiany gazowej o podłużnym kształcie w postaci walca prostego lub walca eliptycznego (spłaszczonego), w którego podstawach wykonane są otwory przelotowe, przy czym z jednej strony komora połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem wyrównawczym doprowadzającym do komory mieszaninę gazową zawierającą tlen, mającym otwór wlotowy mieszaniny gazowej z instalacji podającej tę mieszaninę, a z drugiej strony komora połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem odprowadzającym z komory mieszaninę gazową, mającym otwór wylotowy mieszaniny gazowej, charakteryzujące się tym, że wewnątrz komory wymiany gazowej umieszczona jest membrana w postaci wiązki kapilar mających postać rurek o okrągłym przekroju poprzecznym jednakowym na całej ich długości (inaczej włókien hollow fiber lub rurek), wykonanych z materiału półprzepuszczalnego, to jest przepuszczalnego dla cząsteczek mieszaniny gazowej a nieprzepuszczalnego dla cząstek krwi, których końce z obu stron zakotwione (zamocowane) są w otworach przelotowych w podstawach komory, a kapilary ukształtowane są spiralnie, to jest skręcone są wzdłuż osi wzdłużnej komory o jednakowy kąt mieszczący się w zakresie od 15 do 720 stopni, korzystnie o kąt od 90 do 360 stopni i naprężone są siłą naprężającą o wartości od 1 do 100 N, korzystnie 10 N, ponadto w ściance bocznej komory w pobliżu każdej podstawy komory, wykonane jest co najmniej po jednym otworze wlotowo/wylotowym strumienia krwi, przy czym do otworu/otworów wlotowego/ych strumienia krwi do komory wymiany gazowej podłączona jest chłodnica strumienia krwi o parametrach umożliwiających jej schłodzenie, korzystnie o wartość od 0,5 do 3,5°C, w praktyce najkorzystniej o 2°C, natomiast do otworu/otworów wylotowego/ych strumienia krwi z komory wymiany gazowej podłączony jest moduł grzewczy strumienia krwi o parametrach umożliwiających jej podgrzanie do fizjologicznej temperatury krwi. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwoli na przesunięcie krzywej dysocjacji hemoglobiny w lewo i dzięki temu pozwoli na zimniejsze F iO2 w mieszaninie gazów podawanych do oksygenatora. W przypadku gdy instalacja pozaustrojowa wyposażona jest już w moduł stabilizacji temperatury krwi pacjenta, wtedy w rozwiązaniu według niniejszego wynalazku nie ma konieczności stosowania modułu grzewcze go na wylocie z komory wymiany gazowej, natomiast jeśli ww. instalacja nie zawiera modułu stabilizacji temperatury krwi pacjenta, wtedy korzystnie rozwiązanie według wynalazku wyposażone jest w moduł grzewczy, który pozwala na uzyskanie temperatury fizjologicznej krwi.The essence of the invention is a device for oxygenation (oxygenation) of blood containing a gas exchange chamber with an elongated shape in the form of a straight cylinder or an elliptical (flattened) cylinder, the bases of which have through holes, and on one side the chamber is gas-tightly connected to the expansion tank supplying a chamber with a gas mixture containing oxygen, having an inlet opening for the gas mixture from the installation supplying this mixture, and on the other hand, the chamber is connected gastight to a tank discharging the gas mixture from the chamber, having an outlet opening for the gas mixture, characterized in that a membrane is placed inside the gas exchange chamber in the form of a bundle of capillaries in the form of tubes with a circular cross-section the same along their entire length (also known as hollow fibers or tubes), made of a semi-permeable material, i.e. permeable to gas mixture molecules and impermeable to blood particles, the ends of which are anchored on both sides ( mounted) are mounted in through holes in the bases of the chamber, and the capillaries are spirally shaped, i.e. they are twisted along the longitudinal axis of the chamber by the same angle ranging from 15 to 720 degrees, preferably by an angle from 90 to 360 degrees, and are tensioned with a tension force with a value from 1 to 100 N, preferably 10 N, moreover, in the side wall of the chamber near each chamber base, at least one inlet/outlet hole for the blood stream is made, wherein the inlet hole(s) for the blood stream into the exchange chamber a blood stream cooler is connected to the gas chamber with parameters enabling its cooling, preferably by a value from 0.5 to 3.5°C, in practice most preferably by 2°C, while the outlet hole(s) of the blood stream from the gas exchange chamber is connected a blood stream heating module with parameters enabling it to be heated to the physiological blood temperature. The use of such a solution will allow the hemoglobin dissociation curve to be shifted to the left and thus allow for colder F and O2 in the gas mixture fed to the oxygenator. If the extracorporeal installation is already equipped with a module for stabilizing the patient's blood temperature, then in the solution according to the present invention there is no need to use a heating module at the outlet of the gas exchange chamber, but if the above-mentioned the installation does not contain a module for stabilizing the patient's blood temperature, then the solution according to the invention is preferably equipped with a heating module that allows obtaining the physiological blood temperature.
Na powierzchni wewnętrznej komory, na całej jej długości zamocowane są symetrycznie względem osi symetrii komory co najmniej dwie kierownice strumienia krwi mające postać podłużnych karbów, najkorzystniej o trójkątnym lub zbliżonym do trójkąta przekroju poprzecznym, ułożonych spiralnie, to jest skręconych wzdłuż osi wzdłużnej komory o jednakowy kąt mieszczący się w zakresie od 15 do 720 stopni, korzystnie o kąt równy kątowi skręcenia kapilar. Taki układ kierownic wymusza pożądane zawirowanie strumienia krwi a jednocześnie nie zakłóca laminarności jego przepływu.On the inner surface of the chamber, along its entire length, at least two blood flow guides are mounted symmetrically relative to the symmetry axis of the chamber, in the form of longitudinal notches, preferably with a triangular or triangular cross-section, arranged in a spiral, i.e. twisted along the longitudinal axis of the chamber by the same angle. ranging from 15 to 720 degrees, preferably by an angle equal to the capillary twist angle. This arrangement of vanes forces the desired swirl of the blood stream and at the same time does not disturb the laminarity of its flow.
Sposób wykonania spiralnie ukształtowanych kapilar jest dowolny, korzystnie kapilary mocuje się do podstaw w formie prostych i równoległych do siebie rurek, po czym naciąga w celu osiągnięcia odpowiedniego naprężenia i dokonuje skrętu podstaw w przeciwnych kierunkach powodując tym samym skręcenie kapilar o planowany kąt, kontrolując jednocześnie by naprężenie kapilar pozostało na zaplanowanym poziomie nie powodującym uszkodzenia kapilar.The method of making spirally shaped capillaries is arbitrary, preferably the capillaries are attached to the bases in the form of straight and parallel tubes, then stretched to achieve the appropriate tension and the bases are twisted in opposite directions, thus twisting the capillaries by the planned angle, while controlling capillary tension remained at the planned level without causing damage to the capillaries.
Korzystnie, kapilary wykonane są z organicznego materiału półprzepuszczalnego w postaci porowatego poliuretanu lub porowatego politetrafluoroetylenu lub najkorzystniej poli(tereftalanu etylenu).Preferably, the capillaries are made of an organic semi-permeable material in the form of porous polyurethane or porous polytetrafluoroethylene or most preferably polyethylene terephthalate.
Korzystnie, otwór/otwory umiejscowiony/e w pobliżu podstawy komory od strony zbiornika odprowadzającego mieszaninę gazową stanowi otwór wlotowy strumienia krwi, natomiast otwór/otwory umiejscowiony/e w pobliżu podstawy komory od strony zbiornika wyrównawczego doprowadzającego mieszaninę gazową stanowi otwór wylotowy strumienia krwi. Wskazany korzystny układ otworów wlotowego i wylotowego strumienia krwi zapewnia przepływ krwi w przeciwprądzie do kierunku przepływu mieszaniny gazowej, a dzięki temu optymalny sposób wykorzystania możliwości technicznych rozwiązania, to jest maksymalne wysycenie krwi tlenem przy minimalnym ciśnieniu zewnętrznym mieszaniny gazowej.Preferably, the opening(s) located near the base of the chamber on the side of the expansion tank supplying the gas mixture constitutes the inlet opening of the blood stream, and the opening(s) located near the base of the chamber on the side of the surge tank supplying the gas mixture constitutes the outlet opening of the blood stream. The indicated preferred arrangement of the inlet and outlet holes of the blood stream ensures blood flow in a countercurrent to the direction of flow of the gas mixture, and thus ensures the optimal use of the technical possibilities of the solution, i.e. maximum oxygen saturation of the blood at the minimum external pressure of the gas mixture.
Dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły naprężającej kapilar nie ma konieczności stosowania dystansów (spacerów) pomiędzy nimi, które miałyby zapewniać ich stabilność. Takie dystanse zakłócałyby laminarność przepływu krwi i ograniczałyby czynną powierzchnię wymiany gazowej. Odpowiednie naprężenie kapilar zapewni stabilność położenia każdej z nich, co zapobiegnie wystąpieniu efektu wiskoelastycznego kapilar (ich drżeniu) w trakcie przepływu krwi. Drżenie kapilar jest niekorzystne, bowiem zakłóca laminarność przepływu strumienia krwi.By applying an appropriate tension force to the capillaries, there is no need to use distances (spacers) between them to ensure their stability. Such distances would disrupt the laminarity of blood flow and limit the active surface area for gas exchange. Appropriate tension of the capillaries will ensure the stability of the position of each of them, which will prevent the viscoelastic effect of the capillaries (their shaking) during blood flow. Capillary shaking is unfavorable because it disrupts the laminar flow of the blood stream.
Zbiornik wyrównawczy pozwala utrzymać stałe ciśnienie mieszaniny gazowej na wlocie do każdej kapilary, a w przypadku gdyby któraś z kapilar się zatkała, to zbiornik wymusi automatyczne podniesienie ciśnienia na wlocie pozostałych kapilar, ale w ograniczonym zakresie limitowanym przez przepływ.The expansion tank allows you to maintain a constant pressure of the gas mixture at the inlet to each capillary, and if one of the capillaries becomes clogged, the tank will automatically increase the pressure at the inlet of the remaining capillaries, but to a limited extent, limited by the flow.
W komorze następuje wymiana gazowa, to jest z kapilar, w których płynie mieszanina gazowa pobierane są do krwi cząsteczki tlenu, a oddawany jest do kapilar dwutlenek węgla.Gas exchange takes place in the chamber, i.e. oxygen molecules are taken into the blood from the capillaries in which the gas mixture flows, and carbon dioxide is released into the capillaries.
Korzystnie, otwory w podstawach komory wykonane są w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie, a jednocześnie zakotwione w tych otworach kapilary również znajdują się w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie. Taki rozkład kapilar zapewnia niemal idealną laminarność przepływu krwi. Stanowi to zaletę w stosunku do rozwiązań, w których konieczne było stosowanie dystansów utrzymujących stałą odległość rurek hollow fiber (kapilar) od siebie.Preferably, the holes in the bases of the chamber are made at equal distances from each other and symmetrically to each other, and at the same time the capillaries anchored in these holes are also located at equal distances from each other and symmetrically to each other. This distribution of capillaries ensures almost perfect laminarity of blood flow. This is an advantage over solutions in which it was necessary to use spacers that kept the hollow fiber tubes (capillaries) constant from each other.
Korzystnie, na wylocie ze zbiornika odprowadzającego mieszaninę gazową zamontowany jest filtr HEPA, dzięki któremu z wydostającej się z urządzenia mieszaniny gazowej usuwane są ewentualne czynniki mogące stanowić zagrożenie biologiczne.Advantageously, a HEPA filter is installed at the outlet of the tank discharging the gas mixture, thanks to which any factors that may pose a biological threat are removed from the gas mixture escaping from the device.
Korzystnie, otwór wlotowy strumienia krwi oraz otwór wylotowy strumienia krwi wykonane są w odległości nie większej niż 5 mm od danej podstawy komory.Preferably, the blood stream inlet port and the blood stream outlet port are made at a distance of no more than 5 mm from a given base of the chamber.
Korzystnie, otwór wlotowy strumienia krwi wykonany jest po przeciwnej stronie niż otwór wylotowy strumienia krwi, symetrycznie względem środka symetrii komory.Preferably, the blood stream inlet opening is made on the opposite side to the blood stream outlet opening, symmetrically with respect to the center of symmetry of the chamber.
Korzystnie, na otworze wylotowym krwi i/lub na otworze wlotowym krwi zamocowana jest gęsto tkana siatka z włókien, korzystnie wykonanych z materiału identycznego jak materiał kapilar, tak aby oczka siatki były o boku od 15 do 100, korzystnie 38 μπ, poprzeczna do kapilar. Taka siatka stanowi filtr, który pozwala istotnie zwiększyć zabezpieczenie przed przedostaniem się ewentualnych skrzeplin, a korzystnie zawarty w siatce czynnik przeciwkrzepliwy może doprowadzać do samoistnego rozpuszczania się skrzeplin na powierzchni siatki. To będzie stanowiło swojego rodzaju automatyczny mechanizm czyszczenia filtra skrzeplin, co długofalowo będzie zapobiegało zatykaniu urządzenia skrzeplinami oraz przedostawaniu się skrzeplin do układów za urządzeniem.Preferably, a densely woven mesh of fibers is attached to the blood outlet and/or the blood inlet, preferably made of a material identical to the material of the capillaries, so that the meshes of the mesh are from 15 to 100, preferably 38 μπ, transverse to the capillaries. Such a mesh is a filter that significantly increases the protection against the penetration of possible clots, and the anticoagulant factor contained in the mesh can lead to the spontaneous dissolution of clots on the mesh surface. This will act as a kind of automatic cleaning mechanism for the clot filter, which will, in the long run, prevent the device from clogging with clots and preventing clots from entering the systems behind the device.
Korzystnie, na kanale wylotowym z otworu wylotowego krwi z komory wymiany gazowej zabudowany jest co najmniej jeden moduł z filtrem skrzeplin, korzystnie dwa równoległe moduły z filtrami skrzeplin z by-passem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin, przy czym w niniejszym wariancie z modułem/modułami z filtrami skrzeplin moduł grzewczy strumienia krwi zabudowany jest przed lub korzystniej za modułem/modułami z filtrami skrzeplin. By-pass (rozgałęźnik) umożliwia kierowanie strumienia krwi wyłącznie przez jeden moduł z filtrem skrzeplin, który w danym momencie jest modułem pracującym, podczas gdy drugi w tym czasie jest modułem biernym i możliwa jest jego wymiana na nowy, bez konieczności zatrzymywania przepływu strumienia krwi.Advantageously, on the outlet channel from the blood outlet from the gas exchange chamber, there is at least one module with a clot filter, preferably two parallel modules with clot filters with a by-pass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream alternatively through one or a second module with a clot filter, where in the present variant with the clot filter module(s) the blood stream heating module is installed before or, more preferably, behind the clot filter module(s). The by-pass (splitter) allows the blood flow to be directed only through one module with a clot filter, which is the working module at a given moment, while the other one is a passive module and can be replaced with a new one without having to stop the blood flow.
Korzystnie, przed chłodnicą strumienia krwi wprowadzanej następnie otworem wlotowym krwi do komory wymiany gazowej zabudowany jest co najmniej jeden moduł z filtrem skrzeplin, korzystnie dwa równoległe moduły z filtrami skrzeplin z by-passem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin. Takie rozwiązanie umożliwia kierowanie strumienia krwi wyłącznie przez jeden moduł z filtrem skrzeplin, który w danym momencie jest modułem pracującym, podczas gdy drugi w tym czasie jest modułem biernym i możliwa jest jego wymiana na nowy, bez konieczności zatrzymywania przepływu strumienia krwi.Preferably, before the cooler of the blood stream introduced through the blood inlet into the gas exchange chamber, there is at least one module with a clot filter, preferably two parallel modules with clot filters with a bypass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream alternatively through one or the other clot filter module. This solution allows the blood flow to be directed only through one module with a clot filter, which is the working module at a given moment, while the other one is a passive module and can be replaced with a new one without having to stop the blood flow.
Korzystnie, jako chłodnica strumienia krwi zastosowane są ogniwa Peltiera.Preferably, Peltier cells are used as a blood stream cooler.
Korzystnie, jako moduł grzewczy strumienia krwi zastosowane są ogniwa Peltiera.Preferably, Peltier cells are used as the heating module of the blood stream.
W rozwiązaniu według wynalazku komora wymiany gazowej stanowi komorę wirową, co wynika ze skręcenia kapilar o odpowiedni kąt oraz korzystnego spiralnego kształtu kierownic strumienia krwi umiejscowionych na ściankach wewnętrznych komory.In the solution according to the invention, the gas exchange chamber is a vortex chamber, which results from the rotation of the capillaries by an appropriate angle and the favorable spiral shape of the blood flow guides located on the internal walls of the chamber.
Zapewnienie wirowego przepływu strumienia krwi wydłuża drogę czynną oraz czas przebywania krwi w komorze, co z kolei wydłuża czas i efektywność wymiany gazowej przy zachowanych zminimalizowanych parametrach wielkości całego urządzenia oraz minimalizuje objętość krwi, która w trakcie procesu utlenowania znajduje się pozaustrojowo. Ze względu na siłę odśrodkową rozseparowane zostają wymiany gazowe. Ciężkie cząstki wypychane są na zewnątrz, to jest w kierunku ścianek komory, a lekkie znajdują się pośrodku strumienia krwi, dzięki czemu podnosi się skuteczność wymiany gazowej poprzez minimalizowanie wielokierunkowej wymiany.Ensuring the swirling flow of the blood stream extends the active path and the time of blood residence in the chamber, which in turn extends the time and efficiency of gas exchange while maintaining minimized size parameters of the entire device and minimizes the volume of blood that is outside the body during the oxygenation process. Due to the centrifugal force, gas exchanges are separated. Heavy particles are pushed outwards, i.e. towards the walls of the chamber, and light particles are located in the middle of the blood stream, which increases the efficiency of gas exchange by minimizing multidirectional exchange.
Proponuje się zastosowanie włókien ułożonych wzdłużnie w płaszczyźnie przepływu krwi splecionych ze sobą tak aby zmaksymalizować powierzchnię czynną styku krwi z włóknami przez co przepływ krwi staje się bardziej laminarny a spiralne ułożenie włókien spowoduje lepszą dyfuzję oraz skuteczniejszą wymianę tlenu i dwutlenku węgla zgodnego z gradientem stężeń. W trakcie wykonania zaleca się ułożenie włókien równolegle do siebie wzdłuż osi wzdłużnej przepływu następnie unieruchomienie w podstawach i skręcenie podstaw względem siebie o kąt pomiędzy 90 a 360 stopni skręcenie takie z powoduje powstanie kanału wirowego który jest korzystny pod względem laminarności przepływu jak również efektywności wymiany.It is proposed to use fibers arranged longitudinally in the plane of blood flow, interwoven with each other so as to maximize the active contact surface of blood with the fibers, which makes the blood flow more laminar and the spiral arrangement of fibers will result in better diffusion and more effective exchange of oxygen and carbon dioxide in accordance with the concentration gradient. During execution, it is recommended to arrange the fibers parallel to each other along the longitudinal axis of the flow, then fix them in the bases and twist the bases relative to each other by an angle between 90 and 360 degrees. This twist creates a vortex channel that is beneficial in terms of flow laminarity as well as exchange efficiency.
Układ taki umożliwi stosowanie niższego ciśnienia tlenu, a wręcz zastosowanie układu o zmniejszonym stężeniu tlenu, dzięki czemu zmniejszony zostanie również stres oksydacyjny, co w rezultacie powoduje między innymi mniejsze wykrzepianie krwi na włóknach membrany.Such a system will enable the use of lower oxygen pressure, or even the use of a system with reduced oxygen concentration, which will also reduce oxidative stress, which results in, among other things, less clotting of blood on the membrane fibers.
W proponowanym rozwiązaniu przed komorą wymiany gazowej, w której następuje proces utlenowania krwi pacjenta w krążeniu pozaustrojowym ECMO, to jest na kanale wlotowym krwi do komory wymiany gazowej zamontowana jest chłodnica strumienia krwi umożliwiająca jej schłodzenie, korzystnie o wartość od 0,5 do 3,5°C, w praktyce najkorzystniej o 2°C. Takie warunki będą utrzymywane przez cały proces oksygenacji. Obniżenie temperatury strumienia krwi przed procesem jej utlenowania korzystnie wpłynie na wysycenie hemoglobiny tlenem, ponieważ zwiększy się rozpuszczalność gazów w środowisku wodnym. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwoli na przesuniecie krzywej dysocjacji hemoglobiny w lewo i dzięki temu pozwoli na zimniejsze FiO2 w mieszaninie gazów podawanych do oksygenatora. Dzięki temu nie będzie konieczne stosowane wysokiej, czasem nawet blisko 100% zawartości tlenu w oksygenującej mieszaninie gazowej. Zawartość tlenu w mieszaninie może być obniżana nawet do poziomu 21%. Pozwoli to zminimalizować ryzyko wystąpienia negatywnych skutków związanych ze stresem oksydacyjnym i uszkodzeniem błon komórkowych elementów morfotycznych krwi. Po procesie utlenowania, korzystnie krew pacjenta ponownie zostanie ogrzana do temperatury fizjologicznej. Proponowane rozwiązanie nie będzie zatem wpływało na temperaturę ciała pacjenta, pacjent przez cały czas będzie utrzymywany w stanie normotermii. Rozwiązanie z układem chłodzenia krwi przed oksygenatorem dodatkowo zabezpiecza przed wzrostem ciśnienia krwi na instalacji, wynikającym ze zwiększenia oporów przepływu. Ciśnienie będzie pozostawało na poziomie fizjologicznym.In the proposed solution, before the gas exchange chamber in which the patient's blood is oxygenated in ECMO extracorporeal circulation, i.e. on the blood inlet channel to the gas exchange chamber, a blood stream cooler is installed, enabling it to be cooled, preferably by a value of 0.5 to 3.5 °C, in practice, most preferably by 2°C. These conditions will be maintained throughout the oxygenation process. Lowering the temperature of the blood stream before its oxygenation process will have a beneficial effect on the saturation of hemoglobin with oxygen because the solubility of gases in the aqueous environment will increase. The use of such a solution will shift the hemoglobin dissociation curve to the left and thus allow for colder FiO2 in the gas mixture fed to the oxygenator. Thanks to this, it will not be necessary to use high, sometimes even close to 100%, oxygen content in the oxygenating gas mixture. The oxygen content in the mixture can be reduced to as low as 21%. This will minimize the risk of negative effects related to oxidative stress and damage to cell membranes of blood cells. After the oxygenation process, the patient's blood will preferably be heated again to physiological temperature. The proposed solution will therefore not affect the patient's body temperature, the patient will be maintained in a state of normothermia at all times. The solution with a blood cooling system before the oxygenator additionally protects against the increase in blood pressure in the installation resulting from increased flow resistance. The pressure will remain at the physiological level.
Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony na poniższych przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, fig. 2 - urządzenie do utlenowania krwi w widoku z boku, od strony otworu wlotowego strumienia krwi, fig. 3 - urządzenie do utlenowania krwi w widoku z boku, od strony otworu wylotowego strumienia krwi, fig. 4 - urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, w widoku po dołączeniu modułu grzewczego krwi, fig. 5 - urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, w widoku po dołączeniu chłodnicy, fig. 6 - urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, w przekroju poprzecznym (po odjęciu zbiornika wyrównawczego), z uwidocznioną podstawą komory wymiany gazowej od strony wlotu strumienia mieszaniny gazowej, fig. 7 - urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, w przekroju poprzecznym (po odjęciu zbiornika wyrównawczego oraz usunięciu podstawy komory wymiany gazowej od strony wlotu strumienia mieszaniny gazowej), z uwidocznionymi otworami wlotowymi kapilar, fig. 8 - urządzenie do utlenowania krwi w widoku z góry, w wariancie z zamontowanym modułem z filtrem skrzeplin, zarówno po stronie wlotowej jak i wylotowej strumienia krwi oraz z zamontowaną chłodnicą, fig. 9 - urządzenie do utlenowania krwi w widoku z góry, w wariancie z zamontowanym modułem z filtrem skrzeplin, zarówno po stronie wlotowej jak i wylotowej strumienia krwi, oraz z zamontowaną chłodnicą i zamontowanym modułem grzewczym krwi, fig. 10 urządzenie do utlenowania krwi w rzucie aksonometrycznym, w wariancie z zamontowanym modułem z filtrem skrzeplin, zarówno po stronie wlotowej jak i wylotowej strumienia krwi, oraz z zamontowaną chłodnicą i zamontowanym modułem grzewczym krwi, natomiast fig. 11 - urządzenie do utlenowania krwi w widoku z boku, w wariancie z modułem z filtrem skrzeplin, zabudowanym przed otworem wlotowym krwi do komory.The subject of the invention is explained in more detail in the following embodiments and in the drawing, in which Fig. 1 shows a blood oxygenation device in an axonometric view, Fig. 2 - a blood oxygenation device in a side view, from the side of the blood stream inlet opening, Fig. 3 - blood oxygenation device in a side view, from the side of the blood stream outlet, Fig. 4 - blood oxygenation device in an axonometric view, after connecting the blood heating module, Fig. 5 - blood oxygenation device in an axonometric view, in view after connecting the cooler, Fig. 6 - blood oxygenation device in axonometric projection, in cross-section (after removing the expansion tank), with the base of the gas exchange chamber visible from the side of the gas mixture stream inlet, Fig. 7 - blood oxygenation device in projection axonometric, in cross-section (after subtracting the expansion tank and removing the base of the gas exchange chamber from the gas mixture stream inlet side), with capillary inlet holes visible, Fig. 8 - blood oxygenation device in a top view, in a variant with a filter module installed clots, both on the inlet and outlet side of the blood stream and with a cooler installed, Fig. 9 - blood oxygenation device in a top view, in a variant with a module with a clot filter installed, both on the inlet and outlet side of the blood stream, and with a mounted cooler and a mounted blood heating module, Fig. 10, a blood oxygenation device in an axonometric view, in a variant with a clot filter module installed, both on the inlet and outlet sides of the blood stream, and with a mounted cooler and a mounted blood heating module, while Fig. . 11 - side view of the blood oxygenation device, in a variant with a clot filter module installed in front of the blood inlet opening into the chamber.
Przykład 1Example 1
Urządzenie do utlenowania (oksygenacji) krwi zawierające komorę 1 wymiany gazowej o podłużnym kształcie w postaci walca prostego, w którego podstawach 2 i 2’ wykonane są otwory przelotowe 3, przy czym z jednej strony komora 1 połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem wyrównawczym 4 doprowadzającym do komory 1 mieszaninę gazową zawierającą tlen, mającym otwór wlotowy 5 mieszaniny gazowej z instalacji podającej tę mieszaninę, a z drugiej strony komora 1 połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem odprowadzającym 6 z komory 1 mieszaninę gazową, mającym otwór wylotowy 7 mieszaniny gazowej. Wewnątrz komory 1 umieszczona jest membrana w postaci wiązki kapilar 8 (inaczej włókien hollow fiber lub rurek) wykonanych z materiału półprzepuszczalnego, w postaci porowatego poli(tereftalanu etylenu), to jest przepuszczalnego dla cząsteczek mieszaniny gazowej a nieprzepuszczalnego dla cząstek krwi. Końce kapilar 8 z obu stron zakotwione (zamocowane) są w otworach przelotowych 3 w podstawach 2, 2’ komory 1, a kapilary 8 ukształtowane są spiralnie, to jest skręcone są wzdłuż osi wzdłużnej komory 1 o jednakowy kąt o wartości 360 stopni i naprężone są siłą naprężającą o wartości 80 N. W ściance bocznej 9 komory 1 w pobliżu podstawy 2 komory 1 od strony zbiornika odprowadzającego 6 mieszaninę gazową wykonany jest otwór wlotowy 10’ strumienia krwi, natomiast w pobliżu podstawy 2’ komory 1 od strony zbiornika wyrównawczego 4 doprowadzającego mieszaninę gazową wykonany jest otwór wylotowy 10” strumienia krwi. Otwór wlotowy 10’ strumienia krwi oraz otwór wylotowy 10” strumienia krwi wykonane są w odległości 5 mm od danej podstawy komory 1, ponadto otwór wlotowy 10’ strumienia krwi wykonany jest po przeciwnej stronie niż otwór wylotowy 10” strumienia krwi, symetrycznie względem środka symetrii komory 1.A device for oxygenation (oxygenation) of blood containing a gas exchange chamber 1 with an elongated shape in the form of a straight cylinder, in the bases 2 and 2' of which there are through holes 3, and on one side the chamber 1 is connected gas-tightly to the expansion tank 4 supplying the chamber 1 a gas mixture containing oxygen, having an inlet opening 5 of the gas mixture from the installation supplying this mixture, and on the other hand, the chamber 1 is connected gas-tightly to the tank 6 discharging the gas mixture from the chamber 1, having an outlet opening 7 of the gas mixture. Inside the chamber 1, there is a membrane in the form of a bundle of capillaries 8 (also known as hollow fibers or tubes) made of a semi-permeable material in the form of porous polyethylene terephthalate, i.e. permeable to gas mixture molecules and impermeable to blood particles. The ends of the capillaries 8 are anchored (fixed) on both sides in the through holes 3 in the bases 2, 2' of the chamber 1, and the capillaries 8 are spirally shaped, i.e. they are twisted along the longitudinal axis of the chamber 1 by an equal angle of 360 degrees and are under tension. a tension force of 80 N. In the side wall 9 of chamber 1, near the base 2 of chamber 1, on the side of the tank 6 discharging the gas mixture, there is an inlet hole 10' for the blood stream, while near the base 2' of chamber 1, on the side of the expansion tank 4 supplying the mixture. a 10" outlet hole for the blood stream is made in the gas chamber. The inlet hole 10' of the blood stream and the outlet hole 10" of the blood stream are made at a distance of 5 mm from the given base of the chamber 1, moreover, the inlet hole 10' of the blood stream is made on the opposite side to the outlet hole 10" of the blood stream, symmetrically in relation to the center of symmetry of the chamber 1.
Otwory 3 w podstawach 2 i 2’ komory 1 wykonane są w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie, a jednocześnie zakotwione w tych otworach kapilary 8 również znajdują się w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie.The holes 3 in the bases 2 and 2' of chamber 1 are made at equal distances from each other and symmetrically to each other, and at the same time, the capillaries 8 anchored in these holes are also located at equal distances from each other and symmetrically to each other.
Na wylocie ze zbiornika odprowadzającego 6 mieszaninę gazową zamontowany jest filtr HEPA 11.A HEPA 11 filter is installed at the outlet from the tank 6 discharging the gas mixture.
Na powierzchni wewnętrznej komory, na całej jej długości zamocowane są symetrycznie względem osi symetrii komory 1 dwie kierownice 12 strumienia krwi mające postać podłużnych karbów o trójkątnym przekroju poprzecznym, ułożonych spiralnie, to jest skręconych wzdłuż osi wzdłużnej komory 1 o jednakowy kąt równy kątowi skręcenia kapilar 8.On the inner surface of the chamber, along its entire length, there are two blood stream guides 12 mounted symmetrically in relation to the symmetry axis of chamber 1, in the form of longitudinal notches with a triangular cross-section, arranged in a spiral, i.e. twisted along the longitudinal axis of chamber 1 by an equal angle equal to the twist angle of the capillaries 8 .
Na otworze wylotowym 10” krwi zamocowana jest gęsto tkana siatka 13 z włókien, wykonanych z materiału identycznego jak materiał kapilar 8, tak aby oczka siatki były o boku 38 μm, poprzeczna do kapilar 8.A densely woven mesh 13 of fibers made of a material identical to the material of the capillaries 8 is mounted on the blood outlet opening 10", so that the meshes of the mesh are 38 μm on a side, transverse to the capillaries 8.
Do otworu wlotowego 10’ strumienia krwi do komory 1 wymiany gazowej podłączona jest chłodnica 16 strumienia krwi w postaci ogniw Peltiera, o parametrach um ożliwiających jej schłodzenie o 0,5-3,5°C, korzystnie o 2°C, natomiast do otworu wylotowego 10” strumienia krwi z komory 1 wymiany gazowej podłączony jest moduł grzewczy 17 strumienia krwi w postaci ogniw Peltiera o parametrach umożliwiających jej podgrzanie do fizjologicznej temperatury krwi.A blood stream cooler 16 in the form of Peltier cells is connected to the blood stream inlet opening 10' to the gas exchange chamber 1, with parameters enabling its cooling by 0.5-3.5°C, preferably by 2°C, and to the outlet opening 10" of the blood stream from the gas exchange chamber 1, a blood stream heating module 17 in the form of Peltier cells with parameters enabling its heating to the physiological blood temperature is connected.
Przykład 2Example 2
Urządzenie do utlenowania (oksygenacji) krwi jak w przykładzie nr 1, jednak kąt skrętu kapilar 8 wynosi 720 stopni a siła naprężająca kapilary wynosi 100 N, ponadto w tym wariancie rozwiązanie nie zawiera gęsto tkanej siatki 13 z włókien zamocowanej na otworze wylotowym 10” krwi, ale zawiera zabudowane na kanale wylotowym z otworu wylotowego 10” krwi z komory 1 wymiany gazowej dwa równoległe moduły 14 z filtrami skrzeplin z by-passem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin. Moduły 14 z filtrami skrzeplin zabudowane są pomiędzy otworem wylotowym 10” a modułem grzewczym 17 strumienia krwi.Device for oxygenation (oxygenation) of blood as in example No. 1, but the twist angle of the capillaries 8 is 720 degrees and the capillary tension force is 100 N, moreover, in this variant the solution does not contain a densely woven mesh 13 of fibers mounted on the blood outlet opening 10", but it contains two parallel modules 14 with clot filters with a by-pass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream interchangeably through one or the other module with a clot filter, built on the outlet channel from the 10" blood outlet from the gas exchange chamber 1. Modules 14 with clot filters are installed between the outlet opening 10" and the heating module 17 of the blood stream.
Ponadto, przed chłodnicą 16 strumienia krwi wprowadzanej następnie otworem wlotowym 10’ krwi do komory 1 wymiany gazowej zabudowane są dwa równoległe moduły 15 z filtrami skrzeplin z by-passem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin.Moreover, before the cooler 16 of the blood stream introduced through the blood inlet opening 10' into the gas exchange chamber 1, there are two parallel modules 15 with clot filters with a by-pass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream alternatively through one or the other module with clot filter.
Przykład 3Example 3
Urządzenie do utlenowania (oksygenacji) krwi zawierające komorę 1 wymiany gazowej o podłużnym kształcie w postaci walca eliptycznego, w którego podstawach 2 i 2’ wykonane są otwory przelotowe 3, przy czym z jednej strony komora 1 połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem wyrównawczym 4 doprowadzającym do komory 1 mieszaninę gazową zawierającą tlen, mającym otwór wlotowy 5 mieszaniny gazowej z instalacji podającej tę mieszaninę, a z drugiej strony komora 1 połączona jest gazoszczelnie ze zbiornikiem odprowadzającym 6 z komory 1 mieszaninę gazową, mającym otwór wylotowy 7 mieszaniny gazowej. Wewnątrz komory 1 umieszczona jest membrana w postaci wiązki kapilar 8 (inaczej włókien hollow fiber lub rurek) wykonanych z materiału półprzepuszczalnego, w postaci porowatego poli(tereftalanu etylenu), to jest przepuszczalnego dla cząsteczek mieszaniny gazowej a nieprzepuszczalnego dla cząstek krwi. Końce kapilar 8 z obu stron zakotwione (zamocowane) są w otworach przelotowych 3 w podstawach 2, 2’ komory 1, a kapilary 8 ukształtowane są spiralnie, to jest skręcone są wzdłuż osi wzdłużnej komory 1 o jednakowy kąt o wartości 90 stopni i naprężone są siłą naprężającą o wartości 10 N.A device for oxygenation (oxygenation) of blood containing a gas exchange chamber 1 with an elongated shape in the form of an elliptical cylinder, in the bases 2 and 2' of which there are through holes 3, and on one side the chamber 1 is connected gas-tightly to the expansion tank 4 supplying the chamber 1 a gas mixture containing oxygen, having an inlet opening 5 of the gas mixture from the installation supplying this mixture, and on the other hand, the chamber 1 is connected gas-tightly to the tank 6 discharging the gas mixture from the chamber 1, having an outlet opening 7 of the gas mixture. Inside the chamber 1, there is a membrane in the form of a bundle of capillaries 8 (also known as hollow fibers or tubes) made of a semi-permeable material in the form of porous polyethylene terephthalate, i.e. permeable to gas mixture molecules and impermeable to blood particles. The ends of the capillaries 8 are anchored (fixed) on both sides in the through holes 3 in the bases 2, 2' of the chamber 1, and the capillaries 8 are spirally shaped, i.e. they are twisted along the longitudinal axis of the chamber 1 by an equal angle of 90 degrees and are under tension. a tension force of 10 N.
W ściance bocznej 9 komory 1 w pobliżu podstawy 2 komory 1 od strony zbiornika odprowadzającego 6 mieszaninę gazową wykonany jest otwór wlotowy 10’ strumienia krwi, natomiast w pobliżu podstawy 2’ komory 1 od strony zbiornika wyrównawczego 4 doprowadzającego mieszaninę gazową wykonany jest otwór wylotowy 10” strumienia krwi. Otwór wlotowy 10’ strumienia krwi oraz otwór wylotowy 10” strumienia krwi wykonane są w odległości 5 mm od danej podstawy komory 1, ponadto otwór wlotowy 10’ strumienia krwi wykonany jest po przeciwnej stronie niż otwór wylotowy 10” strumienia krwi, symetrycznie względem środka symetrii komory 1.In the side wall 9 of chamber 1, near the base 2 of chamber 1, on the side of the tank 6 discharging the gas mixture, there is an inlet hole 10' for the blood stream, while near the base 2' of chamber 1, on the side of the expansion tank 4 supplying the gas mixture, there is an outlet hole 10" blood stream. The inlet hole 10' of the blood stream and the outlet hole 10" of the blood stream are made at a distance of 5 mm from the given base of the chamber 1, moreover, the inlet hole 10' of the blood stream is made on the opposite side to the outlet hole 10" of the blood stream, symmetrically in relation to the center of symmetry of the chamber 1.
Otwory 3 w podstawach 2 i 2’ komory 1 wykonane są w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie, a jednocześnie zakotwione w tych otworach kapilary 8 również znajdują się w równych odległościach od siebie i symetrycznie względem siebie.The holes 3 in the bases 2 and 2' of chamber 1 are made at equal distances from each other and symmetrically to each other, and at the same time, the capillaries 8 anchored in these holes are also located at equal distances from each other and symmetrically to each other.
Na wylocie ze zbiornika odprowadzającego 6 mieszaninę gazową zamontowany jest filtr HEPA 11.A HEPA 11 filter is installed at the outlet from the tank 6 discharging the gas mixture.
Na powierzchni wewnętrznej komory, na całej jej długości zamocowane są symetrycznie względem osi symetrii komory 1 dwie kierownice 12 strumienia krwi mające postać podłużnych karbów o trójkątnym przekroju poprzecznym, ułożonych spiralnie, to jest skręconych wzdłuż osi wzdłużnej komory 1 o jednakowy kąt równy kątowi skręcenia kapilar 8.On the inner surface of the chamber, along its entire length, there are two blood stream guides 12 mounted symmetrically in relation to the symmetry axis of chamber 1, in the form of longitudinal notches with a triangular cross-section, arranged in a spiral, i.e. twisted along the longitudinal axis of chamber 1 by an equal angle equal to the twist angle of the capillaries 8 .
Na otworze wylotowym 10” krwi zamocowana jest gęsto tkana siatka 13 z włókien, wykonanych z materiału identycznego jak materiał kapilar 8, tak aby oczka siatki były o boku 20 μm, poprzeczna do kapilar 8.A densely woven mesh 13 of fibers made of a material identical to the material of the capillaries 8 is attached to the 10" blood outlet opening, so that the mesh size is 20 μm, transverse to the capillaries 8.
Do otworu wlotowego 10’ strumienia krwi do komory 1 wymiany gazowej podłączona jest chłodnica 16 strumienia krwi w postaci ogniw Peltiera, o parametrach um ożliwiających jej schłodzenie o 0,5-3,5°C, korzystnie o 2°C, natomiast do otworu wylotowego 10” strumienia krwi z komory 1 wymiany gazowej podłączony jest moduł grzewczy 17 strumienia krwi w postaci ogniw Peltiera o parametrach umożliwiających jej podgrzanie do fizjologicznej temperatury k rwi.A blood stream cooler 16 in the form of Peltier cells is connected to the blood stream inlet opening 10' to the gas exchange chamber 1, with parameters enabling its cooling by 0.5-3.5°C, preferably by 2°C, and to the outlet opening 10" of the blood stream from the gas exchange chamber 1, a blood stream heating module 17 in the form of Peltier cells with parameters enabling its heating to the physiological blood temperature is connected.
Przykład 4Example 4
Urządzenie do utlenowania (oksygenacji) krwi jak w przykładzie nr 1, jednak kąt skrętu kapilar 8 wynosi 15 stopni a siła naprężająca kapilary wynosi 60 N, ponadto w tym wariancie rozwiązanie nie zawiera gęsto tkanej siatki 13 z włókien zamocowanej na otworze wylotowym 10” krwi, ale zawiera zabudowane na kanale wylotowym z otworu wylotowego 10” krwi z komory 1 wymiany gazowej dwa równoległe moduły 14 z filtrami skrzeplin z by-passem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin. Moduły 14 z filtrami skrzeplin zabudowane są pomiędzy otworem wylotowym 10” a modułem grzewczym 17 strumienia krwi.Device for oxygenation (oxygenation) of blood as in example no. 1, but the twist angle of the capillaries 8 is 15 degrees and the capillary tension force is 60 N, moreover, in this variant the solution does not include a densely woven mesh 13 of fibers mounted on the 10" blood outlet opening, but it contains two parallel modules 14 with clot filters with a by-pass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream interchangeably through one or the other module with a clot filter, built on the outlet channel from the 10" blood outlet from the gas exchange chamber 1. Modules 14 with clot filters are installed between the outlet opening 10" and the heating module 17 of the blood stream.
Ponadto, przed chłodnicą 16 strumienia krwi wprowadzanej następnie otworem wlotowym 10’ krwi do komory 1 wymiany gazowej zabudowane są dwa równoległe moduły 15 z filtrami skrzeplin z bypassem (rozgałęźnikiem) umożliwiającym płynne przełączanie, to jest kierowanie strumienia krwi zamiennie przez jeden lub drugi moduł z filtrem skrzeplin.Moreover, before the cooler 16 of the blood stream introduced through the blood inlet opening 10' into the gas exchange chamber 1, there are two parallel modules 15 with clot filters with a bypass (splitter) enabling smooth switching, i.e. directing the blood stream alternatively through one or the other filter module clots.
Działanie urządzenia polega na tym, że przez otwór wlotowy mieszaniny gazowej z instalacji podającej tę mieszaninę wprowadza się ją do zbiornika wyrównawczego, a z niego dalej mieszaninę gazową wprowadza się przez otwory w podstawie komory do kapilar, tra nsportuje się ją w kapilarach i wyprowadza przez otwory wykonane w przeciwległej podstawie do zbiornika odprowadzającego mieszaninę gazową a z niej przez otwór wylotowy na zewnątrz urządzenia, podczas gdy równocześnie schłodzoną w chłodnicy krew wprowadza się do komory wymiany gazowej przez otwór wlotowy, strumień krwi transportuje się wzdłuż oraz równolegle do osi podłużnej komory oraz osi podłużnych kapilar, w których transportowana jest mieszanina gazowa, korzystnie w przeciwprądzie do kierunku transportu mieszaniny gazowej w kapilarach, po czym krew wyprowadza się z komory przez otwór wylotowy strumienia krwi, a następnie ogrzewa w module grzewczym do temperatury fizjologicznej. Dzięki układowi zapewniającemu transport krwi w komorze równolegle, ale w przeciwprądzie do transportu mieszaniny gazowej w kapilarach, bez utraty efektywności utlenowania, możliwe jest obniżenie stężenia tlenu w mieszaninie gazowej, co wpłynie na zmniejszenie stresu oksydacyjnego dla komórek, zwłaszcza dla hemoglobiny, a to pozwoli zapobiegać wykrzepianiu oraz wzrostowi ciśnienia, ponadto obniży ryzyko wystąpienia efektu wyłapywania (blokowania) na membranie leków ewentualnie transportowanych we krwi, zwłaszcza antybiotyków (na membranie mogą tworzyć się skrzepliny, a przez to zostają tam też cząstki leku).The operation of the device is based on the fact that through the inlet opening of the gas mixture from the installation supplying this mixture, it is introduced into the expansion tank, and from there the gas mixture is introduced through the holes in the base of the chamber into the capillaries, it is transported in the capillaries and removed through the holes made in the opposite base to the tank discharging the gas mixture and from it through the outlet opening to the outside of the device, while at the same time the blood cooled in the cooler is introduced into the gas exchange chamber through the inlet opening, the blood stream is transported along and parallel to the longitudinal axis of the chamber and the longitudinal axes of the capillaries, in which the gas mixture is transported, preferably in a countercurrent to the direction of transport of the gas mixture in the capillaries, after which the blood is led out of the chamber through the outlet opening of the blood stream and then heated in the heating module to the physiological temperature. Thanks to the system ensuring the transport of blood in the chamber parallel, but in a countercurrent to the transport of the gas mixture in the capillaries, without loss of oxygenation efficiency, it is possible to reduce the oxygen concentration in the gas mixture, which will reduce oxidative stress on cells, especially hemoglobin, and this will help prevent clotting and an increase in blood pressure, and will also reduce the risk of trapping (blocking) the membrane of drugs possibly transported in the blood, especially antibiotics (clots may form on the membrane, and drug particles may remain there).
Korzystnie, krew w oksygenatorze przepuszcza się w przeciwprądzie do przepływu mieszaniny gazowej, ze względu na wyższą skuteczność wymiany gazowej przy zachowaniu możliwie jak najmniejszego stresu oksydacyjnego. Daje to możliwość utrzymania stałego stężenia cząsteczek tlenu we krwi (proces kontrolowany dyfuzyjnie).Preferably, blood in the oxygenator is passed countercurrent to the flow of the gas mixture, due to the higher efficiency of gas exchange while maintaining the lowest possible oxidative stress. This makes it possible to maintain a constant concentration of oxygen molecules in the blood (diffusion-controlled process).
W wariancie współprądowym cząstka krwi przemieszcza się w tę samą stronę co cząsteczki tlenu, dochodzi do wymiany gazowej lecz wydajność jest limitowana (kontrolowana) dyfuzyjnie. Natomiast w wariancie przeciwprądowym, ze względu na ciągłą zmianę w fazie kontaktowej - wynikającą z tego, że cząstki krwi i tlenu mijają się ze sobą - proces nie jest kontrolowany dyfuzyjnie i w całym obszarze komory oksygenatora nie dochodzi do limitowania procesu ze względu na kontrolę dyfuzyjną. Cząstka krwi, która nadal nie będzie wysycona, to jest nadal będzie zdolna do przyjęcia kolejnej partii świeżego tlenu, dzięki kontaktowi z kolejnymi, mijającymi się z nią cząsteczkami tlenu, będzie wciąż mogła go pobierać. Ponadto ciśnienie parcjalne na granicy kontaktu cząstek krwi z cząsteczkami tlenu będzie większe niż w przypadku wariantu współprądowego, co umożliwi skuteczniejszą wymianę gazową. Przy odpowiednio szybkim przepływie strumienia mieszaniny gazowej zawierającej tlen efekt wymiany gazowej będzie dodatkowo wzmocniony przez efekt Venturiego. Krew płynąc zasysa cząsteczki tlenu z kapilary, nawet przy stosunkowo niewielkim ciśnieniu strumienia mieszaniny gazowej (nie musi być dużego ciśnienia tlenu, jakie jest konieczne w oksygenatorze z przepływem krwi prostopadłym do kierunku przepływu tlenu).In the co-current variant, the blood particle moves in the same direction as the oxygen molecules, gas exchange occurs, but the efficiency is limited (controlled) by diffusion. However, in the countercurrent variant, due to the continuous change in the contact phase - resulting from the fact that blood and oxygen particles pass each other - the process is not diffusion controlled and the process is not limited in the entire area of the oxygenator chamber due to diffusion control. A blood molecule that is still not saturated, i.e. will still be able to accept another batch of fresh oxygen, will still be able to absorb it thanks to contact with subsequent oxygen molecules passing by it. In addition, the partial pressure at the interface between blood particles and oxygen molecules will be higher than in the co-current variant, which will enable more effective gas exchange. With a sufficiently fast flow of the gas mixture containing oxygen, the effect of gas exchange will be additionally enhanced by the Venturi effect. As blood flows, it sucks in oxygen molecules from the capillary, even at a relatively low pressure of the gas mixture stream (there does not have to be a high oxygen pressure, which is necessary in an oxygenator with blood flow perpendicular to the direction of oxygen flow).
W znanym rozwiązaniu czyli w wariancie prostopadłym (strumień krwi przepuszczany prostopadle do kierunku przepływu tlenu) cząsteczki tlenu, które wydostawały się przez mikropory kapilar miały krótki kontakt z krwią i potrzebna była wyższa energia na oderwanie cząsteczki tlenu od powierzchni rurki (potrzebny duży wydatek energetyczny lub duże stężenie tlenu, które może spowodować stres oksydacyjny i upośledzanie komórek hemoglobiny). W związku z tym natlenienie krwi było nierównomierne i obarczone dużym stresem oksydacyjnym.In the known solution, i.e. in the perpendicular variant (a stream of blood passed perpendicular to the direction of oxygen flow), the oxygen molecules that escaped through the micropores of the capillaries had a short contact with the blood and higher energy was needed to detach the oxygen molecule from the tube surface (a large energy expenditure or large oxygen concentration which can cause oxidative stress and impairment of hemoglobin cells). Therefore, blood oxygenation was uneven and subject to high oxidative stress.
W znanym dotychczas rozwiązaniu krew w oksygenatorze przepuszczana był a prostopadle do kierunku transportu tlenu w kapilarach, co powodowało zmiany stężeń tlenu i utlenowanie nie było liniowe tylko sinusoidalne, bo powierzchnia czynna wymiany była relatywnie mniejsza (skokowo od jednej kapilary do drugiej), co wymuszało stosowanie dużego stężenia tlenu, by osiągnąć ten sam efekt utlenowania krwi co w rozwiązaniu według niniejszego wynalazku.In the previously known solution, blood in the oxygenator was passed perpendicular to the direction of oxygen transport in the capillaries, which caused changes in oxygen concentrations and the oxygenation was not linear but sinusoidal, because the active exchange surface was relatively smaller (in steps from one capillary to another), which forced the use of high oxygen concentration to achieve the same blood oxygenation effect as in the solution according to the present invention.
Claims (13)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436125A PL245114B1 (en) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Device for blood oxygenation |
| US18/254,853 US20240001016A1 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
| EP21840666.8A EP4251225A2 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
| EP21840667.6A EP4251226A1 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
| PCT/IB2021/061017 WO2022113020A1 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
| US18/254,852 US20240024549A1 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
| PCT/IB2021/061015 WO2022113018A2 (en) | 2020-11-27 | 2021-11-26 | Blood oxygenator with an organic membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436125A PL245114B1 (en) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Device for blood oxygenation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL436125A1 PL436125A1 (en) | 2022-05-30 |
| PL245114B1 true PL245114B1 (en) | 2024-05-20 |
Family
ID=81751163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL436125A PL245114B1 (en) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Device for blood oxygenation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245114B1 (en) |
-
2020
- 2020-11-27 PL PL436125A patent/PL245114B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL436125A1 (en) | 2022-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7232664B2 (en) | carbon dioxide removal system | |
| US8518259B2 (en) | De-airing oxygenator for treating blood in an extracorporeal blood circuit | |
| JP2020531091A (en) | Dual chamber gas exchanger for respiratory assistance and how to use it | |
| TWI815547B (en) | Integrated membrane oxygenator | |
| CN113509605B (en) | Membrane oxygenator | |
| BRPI0510369B1 (en) | Metabolic detoxification system | |
| US10124105B2 (en) | Device for the extracorporeal oxygenation of the blood of a patient | |
| WO2023284152A1 (en) | Membrane oxygenator having built-in filter | |
| UA128609C2 (en) | Wearable modular extracorporeal life support device for mobile treatment of single and multiorgan failure | |
| US20050163656A1 (en) | Device for treating blood for extracorporeal circulation | |
| US20100272604A1 (en) | Radial Design Oxygenator with Heat Exchanger and Integrated Pump | |
| CN201192486Y (en) | Oxygenation chamber structure of film oxygenator | |
| EP3490627B1 (en) | System for reducing gaseous microemboli using venous blood bypass with filter | |
| PL245114B1 (en) | Device for blood oxygenation | |
| PL245113B1 (en) | Device for blood oxygenation | |
| PL245115B1 (en) | Device for blood oxygenation | |
| PL245112B1 (en) | Device for blood oxygenation | |
| EP3129080B1 (en) | Compact pulmonary assist device for destination therapy | |
| US20240001016A1 (en) | Blood oxygenator with an organic membrane | |
| US20240024549A1 (en) | Blood oxygenator with an organic membrane | |
| EP4251226A1 (en) | Blood oxygenator with an organic membrane | |
| EP4251225A2 (en) | Blood oxygenator with an organic membrane | |
| CN205759038U (en) | A kind of pump-free type ECMO | |
| CN213099892U (en) | Extracorporeal circulation system for blood gas exchange | |
| WO2024058776A1 (en) | Oxygenator for neonates |