ОКСИГЕНАТОР КРОВИ Российский патент 1995 года по МПК A61M1/14 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оксигенаторам крови на основе жидкостных перфторуглеродов.

Известны оксигенаторы крови, в которых для массообмена использованы жидкие газоносители, например, перфтордекалин. В одних конструкциях массообменный носитель диспергируется, насыщается кислородом и пропускается через венозную кровь, что приводит к обогащению крови кислородом, удалению из нее углекислого газа, носитель же устраняют из крови: в других - венозная кровь в специальных устройствах предварительно обрабатывается перфтордекалином, после чего поступает для массообмена в обычный контактный оксигенатор пенно-пленочного или пузырькового типа; в третьих - массообмен между газонесущей жидкостью и кровью осуществляется через полупроницаемую мембрану, например диализирующую пленку аппарата "искусственная почка".

Устройство с массообменом через полупроницаемую мембрану на основе перфтордекалина является прототипом.

В принципиальную схему этого оксигенератора входит основная массообменная камера, разделенная мембранами на кровяные и жидкостные отсеки, в которой через полупроницаемую мембрану происходит контакт крови с насыщенным О₂ перфтордекалином и две вспомогательные камеры, в которых осуществляется массообмен кислорода и перфтордекалина и освобождение последнего от избытка газа (О₂ и СО₂), причем в основной камере имеются входные и выходные штуцеры для крови и перфтордекалина, а в двух других штуцеры для входа и выхода газа и перфтордекалина, с помощью которых, а также насосов и коммуникаций осуществляется рециркуляция по замкнутому контуру перфтордекалина и транспорт крови между организмом и основной камерой.

Недостатки аналогов и прототипа:
1. Основным недостатком всех известных оксигенаторов, работающих на основе непосредственного контакта перфтордекалина и крови является опасность попадания жидкостного газоносителя в кровь (возможность эмболии сосудов). Такая опасность особенно велика в оксигенаторах с диспергированным перфтордекалином. Она хоть и меньше в оксигенаторах с предварительной обработкой крови перфтордекалином, но все же имеется.

2. Для аналога существует другая угроза травмирования крови: при оксигенации в пенно-пленочных или пузырьковых оксигенаторе силы поверхностного натяжения на пузырьках газа при пеногашении - достаточно мощный фактор повреждения и форменных элементов крови и денатурации ее белков (факт общеизвестный).

3. Существенным недостатком прототипа является наличие в этом оксигенаторе большой чужеродной поверхности, с которой соприкасается кровь: на поверхности разделительной пленки при длительной работе неизбежно оседают белки и форменные элементы крови, что лишает этот вид оксигенатора основного преимущества: возможности его длительного использования.

Предметом изобретения является оксигенатор крови (на фиг.1 - схематическое изображение), состоящий из основной массообменной камеры 1, в которой происходит контакт крови с перфтордекалином и двух вспомогательных камер, в которых осуществляется массообмен кислорода и перфтордекалина 2 и освобождение последнего от избытка газа 3, причем в основной камере имеются входные и выходные штуцеры для крови 4 и 5 и перфтордекалина 6 и 7, а в двух других штуцеры для входа и выхода газа 8 и 9 и перфтордекалина 10 и 11, с помощью которых, а также двух насосов 12 и 13 и коммуникаций 14 осуществляется рециркуляция перфтордекалина и транспорт крови между организмом и основной камерой, отличающейся тем, что с целью снижения травмы крови, улучшения оксигенации и предупреждения заноса перфтордекалина в кровь в центре нижней панели основной масообменной камеры, неразделенной мембраной, размещен элемент электромагнитной мешалки (металлическая вертушка на стержне) 15, при этом сам электромагнит 16 расположен вне камеры. Перфтордекалин поступает в основную камеру не диспергированный, а массообмен происходит на поверхности соприкосновения вращающихся масс перфтордекалина и крови: причем ротация жидкостей в камере не приводит к их перемешиванию из-за большой разницы удельного веса и приводится в действие электромагнитной мешалкой.

Устройство вспомогательных камер 2 и 3, роликовых насосов 12 и 13 и коммуникаций 14 принципиально не отличаются от прототипа и не требуют специального описания, также как и электромагнитной мешалки 16 представляющей собой штатный прибор любой биохимической лаборатории.

На фиг.2 представлена схема основной массообменной камеры оксигенатора (1), продольный разрез; на фиг.3 - то же, поперечный разрез.

Основная массообменная камера оксигенатора представляет собой невысокую, цилиндрической формы емкость 17, выполненную из прозрачного пластполимера, которая с помощью четырех стяжек 18 герметизируется (через прокладку) закрывающей сверху панелью 19. Входной штуцер для перфтордекалина 6 через горизонтальный канал в нижней панели камеры имеет сообщение с ее центральной частью, выходной штуцер 7 - расположен в нижней части боковой стенки цилиндра. Входной штуцер для крови 4 находится в верхней части боковой стенки цилиндра, а выходной 5 - в центре верхней панели, закрывающей камеру. Металлическая вертушка 15 - это железный стержень с углублением посредине для свободного вращения на тонкой игле 20, укрепленной в центре нижней панели. В рабочем состоянии массообменная камера на 5/6 объема заполнена перфтордекалином и на 1/6 кровью.

Цель изобретения - снижение травмы крови, улучшение ее оксигенации и предупреждение заноса перфтордекалина в кровь.

Цель достигается тем, что в оксигенаторе, работающем на основе перфтордекалина, использован принцип массообмена на поверхностях соприкосновения вращающихся масс газонесущей жидкости и крови. Для этого в центре нижней панели основной массообменной камеры, неразделенной мембраной, размещен элемент электромагнитной мешалки, при этом сам электромагнит расположен вне камеры. Непосредственный контакт крови и жидкости обеспечивает минимальную травматизацию крови; большие газотранспортные возможности перфтордекалина - хорошую оксигенацию крови; отсутствие дисперсной фазы перфтордекалина, невозможность его перемешивания с кровью из-за большой разницы удельного веса и ламинарный характер тока жидкостей позволяет предупредить занос перфтордекалина в кровь.

Оксигенатор работает следующим образом.

Основная 1 и вспомогательная камеры 2 и 3, а также соединительные магистрали 14 заполняются перфтордекалином до нужного уровня посредством его вливания в камеру при снятой панели и рециркуляции с помощью насоса 12. После герметизации основной камеры через венозную магистраль и штуцер 4 в нее вводят донорскую кровь или кровозаменитель. По окончании подготовительной работы включают электромагнитную мешалку 16 и выбирают оптимальный режим ее работы таким образом, чтобы элемент мешалки (движитель) 15, находящийся внутри камеры, обеспечивал ламинарное вращение масс перфтордекалина и находящейся над ней крови. Насосом 12 осуществляется рециркуляция перфтордекалина по замкнутому контуру с тем, чтобы газонесущая жидкость насыщалась О₂ и освобождалась от СО₂ в камере 2, а в камере 3 от избытка О₂. Венозная кровь насосом 13 подается через штуцер 4 в верхние отделы массообменной камеры 1, здесь на поверхностях соприкосновения вращающихся масс крови и перфтордекалина происходит обогащение крови кислородом и освобождение ее от избытка СО₂, после чего она выводится через штуцер 5, расположенный в центральной части верхней панели камеры, в артериальную магистраль.

Как показала экспериментальная проверка (см. Приложение 2) предлагаемый оксигенатор крови по своим функциональным данным превосходит жидкостные массообменные устройства на основе перфтордекалина и мембранные оксигенаторы других типов.

Положительный эффект определяется тем, что в оксигенаторе использован принцип массообмена на поверхностях соприкосновения вращающихся масс газонесущей жидкости и крови, обладающих различным удельным весом. Преимущества устройства:
1. Отсутствие разделительной мембраны между перфтордекалином и кровью оптимизировало массообменные процессы, что выразилось в улучшении оксигенации крови и привело к снижению ее травмы, которая неизбежна при соприкосновении крови с чужеродной поверхностью любой мембраны.

2. Ротация масс перфтордекалина и крови позволила многократно увеличить исходную поверхность их соприкосновения и тем самым обеспечить эффективный массообмен при ограниченных габаритах конструкции.

3. Ламинарный характер тока жидкостей (перфтордекалина и крови) при отсутствии феноменов их диспергирования и перемешивания, исключил возможность заноса перфтордекалина в кровь.

4. При непосредственном контакте в оксигенаторе перфтордекалина с кровью выявлен известный ранее эффект защитного действия этого вещества на форменные элементы крови (4), выразившийся, в частности, в повышении механической резистентности эритроцитов.

Отсутствие известных технических решений, позволяющих в жидкостных оксигенаторах крови (на основе перфтордекалина) использовать принцип массообмена на поверхностях соприкосновения вращающихся масс газонесущей жидкости и крови свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

Признак, позволяющий снизить травму крови, улучшить оксигенацию и предупредить занос перфтордекалина в кровь, достигаемый тем, что "в центре нижней панели массообменной камеры, неразделенной мембраной, размещен элемент электромагнитной мешалки, при этом сам электромагнит расположен вне камеры" в известной нам литературе о жидкостных оксигенаторах не встречался.

Сказанное и приведенные выше данные о преимуществах предлагаемого оксигенатора крови свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные различия".

Доказательством возможности достижения положительного эффекта являются приводимые ниже экспериментальные наблюдения.

Производилась оксигенация венозной крови подопытного животного с помощью макета мембранного оксигенатора со следующими параметрами:
Радиус основной массообменной камеры 0,07 м, поверхность соприкосновения (исходная) перфтордекалина с кровью 0,015 м². Первичный объем заполнения основной камеры и всей системы перфтордекалином соответственно равнялся 200 мл и 300 мл, кровью или кровозаменителями - 40 мл. Скорость вращения элемента электромагнитной мешалки от 50 до 100 об/мин. Объемная скорость рециркуляции перфтордекалина в системе: основная камера - камера обогащения перфтордекалина кислородом (при подаче в нее кислорода - 1 л/м) - камера освобождения от избытка кислорода (О₂) - 300 мл/мин. Перфтордекалин при этом переносил до 50 об. % О₂ и 190 об% углекислого газа (СО₂), и имел парциальное напряжение кислорода (РО₂) равное 600 мм рт.ст. Кровяные магистрали через катетеры подключали к бедренной и яремной венам.

Использование: в медицинской технике. Сущность изобретения: оксигенатор содержит основную массообменную камеру, выход для перфтордекалина которой через насос последовательно соединен с оксигенатором перфтордекалина и камерой выделения избытка газа из перфтордекалина, выход последней подключен к входу для перфтордекалина основной массообмен камеры, снабженной в верхней части боковой стенки входом и выходом для крови, подключенными к магистрали для крови с установленным на ней насосом. Согласно изобретению основная камера выполнена в виде цилиндрической герметической емкости из прозрачного пластполимера и снабжена электромагнитной мешалкой, выполненной в виде установленной в камере металлической вертушки и наружного электромагнита. Входной штуцер для перфтордекалина через горизонтальный канал сообщен с центральной частью камеры, выходной расположен в нижней части боковой ее стенки, а выходной штуцер для крови соединен с центральной частью верхней панели основной камеры. 3 ил.

ОКСИГЕНАТОР КРОВИ, содержащий основную массообменную камеру, вход для перфтордекалина, который через насос последовательно соединен с оксигенератором перфтордекалина и камерой выделения избытка газа из перфтордекалина, выход последней подключен к входу для перфтордекалина основной массообменной камеры, снабженной в верхней части боковой стенки входом и выходом для крови, подключенными к магистрали для крови с установленным на ней насосом, отличающийся тем, что основная камера выполнена в виде цилиндрической герметичной емкости из прозрачного пластполимера и снабжена электромагнитной мешалкой, выполненной в виде установленной в камере металлической вертушки и наружного электромагнита, при этом входной штуцер для перфтордекалина через горизонтальный канал сообщен с центральной частью камеры, выходной расположен в нижней части боковой стенки, а выходной штуцер для крови соединен с центральной частью верхней панели основной камеры.