Добавил:

Sekretar kiopkiopkiop18@yandex.ru t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Ростовский Государственный Медицинский Университет

Предмет:

Медицина общая

Файл:

Книга_3984_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.10.2026

Размер:

5 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 286 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Устройство и функционирование мембранного оксигенатора



толщиной слоя крови между листами мембраны или мембранны-

ми капиллярами;



площадью поверхности мембраны;



FiO

газовой смеси;



объемной скоростью экстракорпорального кровотока.

При этом «оксигенирующая способность» мембранного оксиге-

натора не зависит от объемной скорости газотока.

На «вентиляционную функцию» (элиминацию СО

) мембранного

оксигенатора влияют следующие факторы:



разница в содержании СО

между кровью и газом, поступающим в

оксигенатор;



площадь поверхности мембраны;



объемная скорость газотока;



толщина слоя крови между листами мембраны или мембранными

капиллярами;



объемная скорость кровотока.

Эффективность функционирования мембранных оксигенаторов

определяется физико-химическими свойствами материала, исполь-

зуемого для производства мембраны. Вначале были разработаны

различные типы мембран для пластинчатых оксигенаторов: силок-

сановые мембраны; мембраны из синтетической бумаги с силокса-

новой пропиткой; мембраны из силоксана и каучука; мембраны на

основе силоксановой пленки, нанесенной на гидрофобную микро-

пористую основу. Все эти мембраны характеризовались различной

толщиной (от 130 до 55 мкм), объемной скоростью переноса О

(от 70 до 800 мл/мин/м

площади поверхности мембраны), величи-

ной перепада парциального давления на мембране.

Были предложены различные материалы (естественные и синте-

тические) для разработки мембранных оксигенаторов (полиэтилен,

политетрафторэтилен, полидиметилсилоксан, поликарбонатсили-

кон, этилцеллюлоза, пористый политетрафторэтилен, поли-4-метил-

пептен-1 с силиконовым маслом). Вначале исследовали газообмен-

ные свойства пленки из полиэтилена и тефлона. Лучшей мембраной

оказалась пленка из политетрафторэтилена (тефлона) толщиной

0,5 мм, переносящая в кровь до 24 см

в минуту. Эксперименталь-

ные исследования показали, что мембрана на основе полиэтилено-

вой пленки по эффективности в 3 раза уступает тефлону. Существен-

ным недостатком полиэтиленовых и тефлоновых мембран являлась

недостаточная механическая прочность. Решающим оказалось ис-

пользование силикона для производства мембран. Силикон приме-

С.В. ГОТЬЕ, В.Н. ПОПЦОВ, Е.А. СПИРИНА

няли с 1947 г. в пузырьковых оксигенаторах с целью пеногашения.

Свойство газовой полупроницаемости у силикона было обнаружено

только в 1957 г., что создало предпосылки для его использования с це-

лью экстракорпорального газообмена. По проницаемости для О

си-

ликон в 40 раз превосходил тефлон. Проблема механической проч-

ности была решена в 1959 г., когда была разработана силиконовая

мембрана на тканевой основе из нейлоновой сетки [Lim M.W., 2006].

После технологических и конструктивных доработок силиконовой

мембраны группой исследователей, руководимых Burns N., стало воз-

можным проведение в экспериментальных и клинических условиях

длительного экстракорпорального газообмена [Burns N., 1969].

Первым типом мембранных оксигенаторов, пригодных для кли-

нического применения, стали оксигенаторы на основе силиконовой

полупроницаемой мембраны (silicone membrane oxygenator). Мем-

брана из силикона представляет собой свернутые листы силиконо-

вой резины. Она лишена, пор и диффузия газов происходит непос-

редственно через мембрану (истинные мембранные оксигенаторы)

(рис. 12). Такой оксигенатор обладает значительной прочностью

и может функционировать в течение нескольких недель [McCaug-

han J.S.Jr. et al., 1960]. Мембранный силиконовый оксигенатор, пред-

ложенный Kolobow в 1963 г., производился Medtronic вплоть до

настоящего времени [Kolobow T., Bowman R.L., 1963]. Тонкие листы

силиконовой мембраны помещены в пластиковый корпус и накруче-

ны на сердечник из поликарбоната (рис. 13, 14). Листы силиконовой

мембраны уложены таким образом, что с одной стороны мембраны

проходит кровь, а с другой в противоположном направлении – га-

зовый поток. До настоящего времени выпускались 4 разновидности

PaCO

0 мм рт. ст.

Силиконовая мембрана

Газоток

Кровоток

PaCO

45 мм рт. ст.

Рис. 12. Схема экстракорпорального газообмена у силиконового оксигена-

тора

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Устройство и функционирование мембранного оксигенатора

Экран

из дакроновой

сетки

Однородная

силиконовая резина

«Cиликоновый сэндвич»

Полипропиленовая

прокладка

Выход газовой смеси

Рис. 14. Внутреннее строение силиконового оксигенатора Medtronic: а –

конструкция «силиконового сэндвича»; б – упакованная мембрана

Рис. 13. Силиконовый оксигенатор Med-

tronic

С.В. ГОТЬЕ, В.Н. ПОПЦОВ, Е.А. СПИРИНА

силиконовых оксигенаторов Medtronic (0800, 1500, 2500, 4500) на

основе силиконовой мембраны, которые предназначались для про-

ведения ЭКМО у пациентов разного возраста и веса (от новорож-

денных до взрослых) и различались площадью поверхности мем-

браны (от 0,8 до 4,5 м

), объемом заполнения оксигенатора (от 100

до 665 мл), максимальной объемной скоростью газотока (от 2,4 до

13,5 л/мин), максимальной объемной скоростью кровотока (от 1,2

до 6,5 л/мин), объемной скоростью переноса О

в кровь (мл/мин),

объемной скоростью переноса СО

из крови (мл/мин), рекомендуе-

мым наибольшим весом пациента (от 1,1 до 96 и более кг), размером

коннекторов для соединения с артериальной и венозной магистра-

лями (1/4 или 3/8 дюйма) (рис. 15). Перепад давления крови на си-

ликоновой мембране составляет в среднем 100–150 мм рт. ст., при

этом допустимый максимальный кровоток не должен превышать

величины, соответствующей 1,5 площади поверхности мембраны, а

максимальный газоток – 3 величинам площади поверхности. Кроме

того, Medtronic выпускает 2 разновидности капиллярных псевдо-

мембранных оксигенаторов (MiniMaxi Maxima) из полипропилено-

вых, поросодержащих капиллярных волокон (псевдомембранный

оксигенатор).

Рис. 15. Проведение ЭКМО с помощью мембранного оксигенатора Medtro-

nic 4500 (опыт ФГБУ «ФНЦТИО им. академика В.И. Шумакова»)

Основные характеристики оксигенаторов Medtronic (листовых и

волоконных) представлены в табл. 3.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Устройство и функционирование мембранного оксигенатора

Таблица 3

Сравнительная характеристика силиконовых оксигенаторов Medtronic

Показатель

Модель силиконового оксигенатора

0800 1500 2500 4500

Площадь поверхности

мембраны (м

)

0,8 1,5 2,5 4,5

Объем заполнения (мл) 100 175 455 665

Максимальная объемная

скорость кровотока (л/мин)

1,2 1,8 4,5 6,5

Максимальная объемная

скорость газотока (л/мин)

2,4 4,5 7,5 13,5

Максимальный вес пациента (кг) 1,1 19 70 96

С начала применения силиконовых мембранных оксигенаторов

стало ясно, что они могут применяться для длительной экстракорпо-

ральной оксигенации (ЭКМО). ЭКМО берет на себя функции легких,

оксигенируя кровь и элиминируя углекислоту, что позволяет легким

недоношенных детей достаточно «вырасти» для выполнения ими

своих функций, а легким взрослых восстановиться от повреждения.

В 1975–1977 гг. начато активное применение ЭКМО в различных

возрастных группах пациентов. Проведены многоцентровые рандо-

мизированные исследования, которые продемонстрировали неуте-

шительные результаты у взрослых. В девяти клиниках выживаемость

после применения ЭКМО составляла не более 10%, независимо от

параллельного применения ИВЛ. По результатам вскрытий в боль-

шинстве случаев был обнаружен выраженный фиброз легких, что

делало бесперспективным возможность прекращения ЭКМО, ИВЛ и

выздоровления пациентов. В те годы еще не были разработаны чет-

кие протоколы проведения ЭКМО, не были решены многие техноло-

гические проблемы, во многих центрах отсутствовал должный опыт

работы с аппаратурой для ЭКМО [Zapol W.M. et al., 1979]. Все это не-

желательным образом сказывалось на клинической эффективности

применения ЭКМО в те годы.

Необходимость повышения эффективности и продолжитель-

ности экстракорпорального газообмена, минимизации размеров

оксигенатора (уменьшение объема заполнения, предупреждение

повышенного потребления О

, развития синдрома системного вос-

С.В. ГОТЬЕ, В.Н. ПОПЦОВ, Е.А. СПИРИНА

паления), а также достижения в области разработки биосовместимых

полимеров явились предпосылками для создания капиллярных ок-

сигенаторов. Данный тип оксигенаторов позволил увеличить пло-

щадь контакта крови и газового потока при одновременном умень-

шении толщины газопроницаемой мембраны, что способствовало

улучшению экстракорпорального газообмена.

Вначале Bodell B.R. и соавт. (1963 г.) разработали капиллярный ок-

сигенатор на основе беспористой силиконовой мембраны. Он от-

личался относительно небольшим диаметром полых волокон, что

уменьшало расстояние для газообмена, и возможностью точного ре-

гулирования экстракорпорального кровотока и газотока [Bodell B.R.

et al., 1963]. Были предложены варианты с протеканием крови как

внутри волокон оксигенатора, так и снаружи [Wilson R. et al., 1965].

Однако относительно большой внутренний диаметр капилляров из

силиконовой мембраны (более 600 мкм) и высокая стоимость про-

изводства, и соответственно, конечного продукта не позволили ши-

роко внедрить капиллярные оксигенаторы на силиконовой мембра-

не в клиническую практику.

В дальнейшем была предпринята попытка создания мембранных

капиллярных оксигенаторов на основе пористой мембраны (псев-

домембранные оксигенаторы) из полипропилена, политетрафторэ-

тилена и других полимеров с величиной пор от 3 до 5 мкм, через

которые путем непосредственного контакта крови и газовой среды

осуществлялся экстракорпоральный газообмен. Однако данный тип

мембранных капиллярных оксигенаторов имел несколько прин-

ципиальных недостатков. Меньшая площадь экстракорпорального

газообмена, а также уменьшение со временем размера пор вслед-

ствие образования липидного слоя, тромбирование пор, пропоте-

вание плазмы (plasmaleakage), разбухание мембраны приводили

к снижению эффективности трансмембранного газообмена при

длительном использовании оксигенатора. Необходимо было также

учитывать возможность развития газовой эмболии, инфицирования

крови при попадании пузырьков нестерильного газа в системный

кровоток.

Для устранения этих нежелательных эффектов была предложена

методика покрытия пористых капиллярных мембран тонким сло-

ем силикона (около 0,2 мкм) для уменьшения риска пропотевания

плазмы через мембрану и повышения ее биосовместимости [Niimi Y.

et al., 1997]. Поли-2-метокси-этилакрилатовое покрытие (Poly-2 me-

thoxy-ethylacrylate, PMEA), препятствующее пропотеванию плазмы и

способствующее повышению биосовместимости мембраны, приме-

нили в асимметричных капиллярных оксигенаторах из поли-4-ме-

тилпептовой мембраны в оксигенаторах Medos Hilite 7000 LT.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Устройство и функционирование мембранного оксигенатора

В дальнейшим для производства капиллярных мембранных окси-

генаторов стали использовать полиметилпентен (polymethylpenten,

PMP), являющийся микропористым, термопластичным, биосовмес-

тимым полимером, с хорошими газопроницаемыми характеристи-

ками, низкой тромбогенностью и термоустойчивостью к стерили-

зации. Полиметилпептен является 4-метил-1-пептеном, одним из

производных изоактивных полиолефинов, получаемым в процессе

Ziegler-Natta-типа катализа (рис. 16). Полиметилпептен плавится

при температуре  235 °C, имеет очень низкую плотность (0,84 г/см

химическую устойчивость, влагонепроницаемость. По своим харак-

теристикам он схож с другими полиолефинами, хотя является более

хрупким и более газопроницаемым.

Рис. 16. Химическое строение полиметилпептена

Внедрение полиметилпептена позволило создать оксигенаторы

однократного применения с длительным сроком (несколько недель)

функционирования, уменьшить толщину капиллярной мембраны

(со 162 до 50 мкм), диаметр капиллярного волокна (с 625 до 300 мкм),

площадь поверхности мембраны оксигенатора для взрослых (с 4,5

до 1,8 м

). В настоящее время несколько типов капиллярных оксиге-

наторов на основе полиметилпептеновой мембраны применяются

для проведения ИК и ЭКМО как у взрослых, так и у детей.

В зависимости от расположения крови по отношению к мембра-

не капиллярного волокна выделяют два основных типа мембранных

половолоконных оксигенаторов. Кровь, поступившая в оксигена-

тор (кровяная фаза), может располагаться или с внешней стороны

волокна, омывая его снаружи (первый тип), или протекать внутри

капиллярного волокна (второй тип). При втором типе существует

повышенный риск тромбоза волокон и нарушение газообменной

функции мембранного оксигенатора, в связи с чем в настоящее вре-

мя выпускаются капиллярные оксигенаторы первого типа.

С.В. ГОТЬЕ, В.Н. ПОПЦОВ, Е.А. СПИРИНА

В зависимости от характера пространственного взаимоотноше-

ния выделяют капиллярные оксигенаторы с параллельным, проти-

воположным и поперечным направлением потоков крови и газа.

Внутреннее устройство (конструкция) оксигенатора должно быть

таким, чтобы обеспечивать равномерное распределение крови вок-

руг всех капиллярных волокон, что исключало бы попадание в сис-

темный кровоток крови, не подвергшейся экстракорпоральной ок-

сигенации и элиминации углекислоты.

В современных мембранных капиллярных оксигенаторах газо-

вый поток проходит внутри оксигенатора, кровь располагается со

стороны внешней поверхности капиллярного волокна (рис. 17).

Кровоток

Поток газа

Стенка

капилярного

волокна

Рис. 17. Схема трансмембранного газообмена у капиллярного мембранного

оксигенатора

В капиллярном оксигенаторе Quadrox (Maquet) использована

микропористая полипропиленовая мембрана (рис. 18) с объемом

заполнения около 250 мл, площадью поверхности 1,8 м

, с перепа-

дом давления около 75 мм рт. ст. при объемной скорости кровотока

7 л/мин, с рекомендуемой объемной скоростью кровотока от 0,5 до

7,0 л/мин (табл. 4). Отсутствие специального покрытия на мембра-

не оксигенатора Quadrox приводит к быстрому образованию нало-

жений из фибрина и форменных элементов крови на поверхности

мембраны, что вызывает постепенное снижение эффективности

трансмембранного газообмена и повышение трансмембранного

давления. Так как в данном оксигенаторе используется непокрытая

микропористая мембрана, рекомендуемая FDA (США), продолжи-

тельность его применения не должна превышать 6 ч, и его приме-

нение ограничивается проведением ИК при кардиохирургических

операциях.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Устройство и функционирование мембранного оксигенатора

Эритроцит

а б

Пузырьки газа

Микропористая

полиметилпептеновая

мембрана

Пора в мембране

Рис. 18. Капиллярный мембранный оксигенатор QUADROX (MAQUET Cardio-

pulmonary AG): а – схема экстракорпорального газообмена; б – капиллярное

волокно

Таблица 4

Основные характеристики капиллярных мембранных оксигенаторов

Quadrox и Quadrox D (Maquet)

Параметр

Модель оксигенатора

Quadrox Quadrox D

Объемная скорость кровотока, л/мин 0,5–7,0 0,5–7,0

Объем заполнения оксигенатора, мл 250 250

Эффективная площадь мембран-

ного газообмена, м

1,8 1,8

Материал капиллярной мембраны

Микропористый

полипропилен

Микропористый

полиметилпептен

Характеристика экстракорпораль-

ного газообмена

Псевдомемб-

ранный

Мембранный

Эффективная площадь теплооб-

мена, м

0,6 0,6

Материал теплообменного волокна Полиуретан Полиуретан

Биосовместимое покрытие Нет SAFELINE

С.В. ГОТЬЕ, В.Н. ПОПЦОВ, Е.А. СПИРИНА

В отличие от оксигенатора Quadrox в капиллярном оксигенато-

ре Quadrox D использована инновационная полиметилпептеновая

мембрана с биосовместимым покрытием SAFELINE, что способство-

вало улучшению физико-биологических свойств капиллярной мем-

браны, повышению продолжительности ее оптимального функци-

онирования при проведении длительной ЭКМО (рис. 19). Наличие

тонкого слоя биосовместимого покрытия, прикрывающего микро-

поры капиллярной мембраны оксигенатора Quadrox D, сделало ка-

пиллярную мембрану истинно диффузионной (рис. 20).

Рис. 19. Внешний вид капиллярного

мембранного оксигенатора Quad-

rox D

Рис. 20. Электронная микроскопия капиллярной мембраны: а – непокрытая

мембрана оксигенатора Quadrox; видны множественные наложения из фиб-

рина и форменных элементов крови (электронная микроскопия); б – мемб-

рана оксигенатора Quadrox D c покрытием SAFELINE; отсутствие наложений

из фибрина и форменных элементов крови

а б

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 286 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана

#
12.10.20265 Мб0Книга_3976_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3977_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3978_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3981_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3983_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3984_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3987_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3990_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3993_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3994_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf
#
12.10.20265 Мб0Книга_3995_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана.pdf