Способ и устройство для перфторуглеродной гемопротекции

 

Изобретение относится к медицине. Предлагаются способ и устройство для перфторуглеродной гемопротекции, техническим результатом которых является расширение возможностей способа контактной обработки для повышения устойчивости форменных элементов, исключение заноса в поток крови избыточного количества перфторуглерода, упрощение процесса обработки и повышение надежности в работе соответствующих устройств. Устройство для перфторорганической гемопротекции содержит камеру для контакта крови и перфторуглерода, соединенную с штуцерами для ввода и вывода потока обрабатываемой крови. Контактное пространство камеры заполнено пористым наполнителем в виде блока или мембраной из того же материала, сложенной послойно или скрученной в рулон так, что между слоями образуются каналы для протока крови. Контактное пространство отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения потока обрабатываемой крови по сечению контактного пространства и для сбора обработанной крови. Гемопротекцию проводят в следующей последовательности: контактное пространство предварительно заполняют перфторуглеродной жидкостью (перфтордекалином), ее излишек из крупных пор наполнителя или из каналов между мембранами вытесняют потоком воздуха или кислорода, после чего пропускают поток обрабатываемой крови со скоростью 200 мл/мин, причем величина минимального капиллярного давления жидкости в порах наполнителя или в каналах между мембранами в 2,5-3 раза ниже, чем давление вытесняющего газа и в 1,5-2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови. Пористая мембрана и наполнитель изготовлены из атромбогенного и гидрофобного материала - политетрафторэтилена (размер пор - 2 -40 мкм), смачиваемого перфторуглеродной жидкостью. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в медицине для защиты (протекции) форменных элементов от цитолиза при экстракорпоральном воздействии на кровь неблагоприятных факторов искусственного кровообращения.

Известны способы и устройства для обработки венозной крови перфторуглеродным соединением, например, для насыщения ее кислородом, при котором проявляется и гемопротекторный эффект (В.С.Касулин и др., АС СССР N766602, 1980; Г.Д.Иоселиани и др., АС СССР N1217419, 1986 и др.).

Способ и устройство, выбранные в качестве прототипа (В.И.Скорик и др. АС СССР N16195932, 1991) также ставят целью оксигенацию крови.

Целью данного изобретения является расширение возможностей способа контактной обработки крови для повышения устойчивости форменных элементов, исключение заноса в поток крови избыточного количества перфторуглерода, упрощение процесса обработки и повышение надежности работы соответствующих устройств.

Указанные цели достигаются тем, что гемопротекцию проводят в следующей последовательности: контактное пространство предварительно заполняют перфторуглеродной жидкостью, ее излишек из крупных пор наполнителя или каналов между слоями мембраны вытесняют потоком воздуха или кислорода, после чего пропускают поток обрабатываемой крови, причем величина минимального капиллярного давления жидкости в порах наполнителя или в каналах между мембранами в 2,5-3 раза ниже, чем давление вытесняющего газа и в 1,5-2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови в контактном пространстве. Мембрана и пористый наполнитель изготовлены из гидрофобного и атромбогенного материала, смачиваемого жидкостью, с помощью которой осуществляется гемопротекция. В качестве наполнителя используют блок из пористого материала.

Устройство для перфторорганической гемопротекции по указанному выше способу содержит камеру для контакта крови и перфторуглерода, соединенную со штуцерами для ввода и вывода потока обрабатываемой крови, контактное пространство камеры заполнено пористым наполнителем или мембраной из того же материала, сложенной послойно или скрученной в рулон так, что между слоями образуются каналы для протока крови, причем контактное пространство отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения потока обрабатываемой крови по сечению контактного пространства и для сбора обработанной крови. Контактное пространство камеры гемопротекторного устройства может быть заполнено пористым материалом в виде блока. Его получают, например из политетрафторэтилена по известной методике путем спекания порошка, размола, фракционирования и повторного спекания отобранной фракции.

В предлагаемом способе обработки крови с целью повышения устойчивости ее форменных элементов к неблагоприятным факторам длительного экстракорпорального кровообращения обрабатывающая жидкость (перфторуглерод, в частности перфтордекалин) прочно удерживается на активной поверхности и в мельчайших порах наполнителя и мембран, материал которых по отношению к перфторуглеродной жидкости имеет химическое сродство и поэтому является смачиваемым. Так как жидкое перфторуглеродное соединение в устройстве находится в связанном с поверхностью наполнителя или мембраны состоянии (образует на молекулярном уровне жидкостную выстилку поверхности), это исключает механический занос перфторуглерода в поток крови. С другой стороны, применение пористых мембран и наполнителя обеспечивает значительную поверхность контакта крови и перфторуглерода, благодаря чему существенно сокращается объем контактного пространства, всей камеры и соответственно объем первичного заполнения гемопротекторного устройства.

Таким образом, выбор материалов мембран и наполнителя должен быть обусловлен одним главным критерием - перфторуглеродная жидкость должна смачивать его. Определяющим условием при выборе пористости материалов мембран и наполнителя является соотношение между величиной минимального капиллярного давления в их порах и величиной рабочего давления обрабатываемой крови. Как известно, величина капиллярного давления в порах описывается следующим уравнением: P_к= (2δcosΘ)/r, где P_к - капиллярное давление, δ - поверхностное натяжение, Θ - краевой угол смачивания, r - радиус пор (также и величина зазора между слоями мембраны).

Следовательно, задавая величину рабочего давления потока обрабатываемой крови, можно, пользуясь формулой, рассчитать параметры и процесса, и необходимых материалов.

На фигуре 1 показан фрагмент гранулы пористого материала после вытеснения избытка перфторуглерода из наиболее крупных пор и каналов.

На фигуре 2. показана схема устройства для гемопротекции, контактное пространство которого заполнено свернутой в рулон мембраной.

Так как перфторуглеродная жидкость 1 смачивает используемый пористый материал 2 (наполнитель и мембрану), она проникает во все поры, даже мельчайшие. Для образования каналов, по которым должна двигаться обрабатываемая кровь 3, избыток перфторуглерода вытесняют из наиболее крупных пор наполнителя и мембран, а также пространства между слоями мембраны и гранулами наполнителя. Для этого в контактное пространство подают воздух или кислород 4 под давлением, в 2,5-3 раза превышающим минимальное капиллярное давление обрабатывающей жидкости в порах и каналах. При такой обработке перфторуглеродная жидкость остается лишь в мельчайших порах и в виде молекулярной пленки на активной поверхности наполнителя и мембраны.

Устройство работает следующим образом. Перед началом искусственного кровообращения перфторорганическое соединение (ПФОС) заливают через верхний штуцер (закрыв нижний) в камеру. Через некоторое время (3-5 минут), которое необходимо для полного пропитывания пористого гидрофобного материала, избыток ПФОС (ту часть, которая заполняет внутрикапиллярное пространство) вытесняют, как указано ранее. Устройство соединяют с перфузионным контуром аппарата искусственного кровообращения. Во время искусственного кровообращения часть крови из венозной магистрали отводится через систему коммуникаций насосом в устройство для обработки ПФОС (с целью гемопротекции). После этого кровь попадает в кардиотомический резервуар и далее в оксигенатор.

Фторуглеродную обработку крови начинают сразу после начала искусственного кровообращения и стабилизации показателей гемодинамики. Объемная скорость перфузии крови через устройство регулируется насосом и составляет 200 мл/мин, время обработки соответствует длительности экстракорпорального кровообращения, что позволяет провести неоднократную обработку всего объема циркулирующей крови (точное количество крови, обработанной ПФОС, будет определяться объемом циркулирующей крови конкретного пациента и временем перфузии).

Конструктивные особенности и низкая объемная скорость перфузии крови через устройство полностью исключают вынос ПФД в кровеносное русло, что доказано методом газовой хроматографии.

Пример 1. Контактное пространство камеры заполняют блоком из пористого политетрафторэтилена, полученного путем повторного спекания фракции частиц диаметром 2,5-3 мм. Высота контактного пространства - 100 мм, диаметр - 40 мм. Камеру предварительно откачивали и затем насыщали перфтордекалином. Избыток вещества вытесняли потоком воздуха под давлением 150 мм рт. ст., т.к. рабочее давление крови выбрано ~70-75 мм рт.ст. Затем через устройство пропускали поток крови с объемной скоростью 200 мл/мин.

Пример 2. Апробацию также прошел макет со следующими параметрами: цилиндрической формы камера для обработки крови перфторуглеродом емкостью 150 мл (4) с входным (5) и выходным (6) штуцерами (фигура 2), в которую помещена политетрафторэтиленовая пластина, причем одна ее сторона имеет гладкую поверхность, а другая - мелкоребристую. Направление ребер совпадает с направлением потока крови и поэтому пластина, свернутая в рулон, образует большое количество микроканалов (диаметром 0,2 мм), предназначенных для прохождения крови. Кроме того, в камере находится и перфторуглерод (перфтордекалин), но только в связанном с политетрафторэтиленом состоянии, образуя жидкостную выстилку на поверхности микрокапилляров. После заполнения контактного пространства устройства перфторуглеродом его избыток из указанных каналов вытесняют с помощью потока воздуха или кислорода, поступающего под давлением, примерно в два раза превышающем рабочее давление потока обрабатываемой крови.

В ходе апробации устройства для перфторуглеродной гемопротекции в стендовых условиях отработан оптимальный режим его работы (объемная скорость перфузии крови через устройство 200 мл/мин), который позволяет эффективно проводить фторуглеродную обработку крови, исключая при этом вынос вещества за пределы самого устройства.

Проведение вено-венозной перфузии с экстракорпоральной обработкой крови в устройстве для перфторуглеродной гемопротекции в остром эксперименте на животных (собаках, n = 7) показало высокую эффективность выбранного режима фторуглеродной обработки: общевитальные функции животных как в период проведения эксперимента, так и после выведения из наркоза, достоверно не отличались от таковых у собак контрольной группы; в образцах крови, которые забирали на выходе из устройства через каждые 15 минут эксперимента (общая длительность опыта составляла 60 минут), примеси перфторуглерода обнаружено не было.

Устройство для перфторуглеродной гемопротекции использовано в клинических условиях при операциях на открытом сердце. Экстракорпоральная фторуглеродная обработка крови проведена у 17 пациентов. Как показали результаты исследования структурно-функциональных свойств форменных элементов крови, фторуглеродная обработка во время искусственного кровообращения позволяет существенно повысить их устойчивость к действию различных неблагоприятных факторов. Так, достоверно повышается кислотная резистентность эритроцитов, снижается интенсивность процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран, значительно уменьшается гемолиз, при морфологическом исследовании определяются минимальные патологические изменения структуры клеток крови. Экстракорпоральная фторуглеродная гемопротекция во время операции в конечном итоге позволила существенно уменьшить (на 40-45%) объем гемотрансфузий, что благоприятно сказывалось на течении раннего послеоперационного периода. Учитывая высокую стоимость компонентов донорской крови, а также риск развития гемотрансфузионных реакций и осложнений, использование устройства для перфторуглеродной гемопротекции при операциях на открытом сердце является экономически выгодным, позволяет снизить себестоимость оперативного вмешательства в среднем на 1000 деноминированных рублей в каждом конкретном случае.

Формула изобретения

1. Способ перфторуглеродной гемопротекции путем контакта крови с жидким перфторуглеродным соединением, осуществляемой в пространстве, заполненном пористым наполнителем либо пористой мембраной, сложенной послойно или скрученной в рулон так, что между слоями мембраны образуются каналы для протока крови, отличающийся тем, что гемопротекцию проводят в следующей последовательности: контактное пространство предварительно заполняют жидкостью, ее излишек из крупных пор наполнителя или из каналов между мембранами вытесняют потоком воздуха или кислорода, после чего пропускают поток обрабатываемой крови, причем величина минимального капиллярного давления жидкости в порах наполнителя или в каналах между мембранами в 2,5 - 3 раза ниже, чем давление вытесняющего газа, и в 1,5 - 2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гемопротекцию проводят в контактном пространстве при объемной скорости кровотока 200 мл/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пористая мембрана и наполнитель изготовлены из атромбогенного и гидрофобного материала, смачиваемого жидкость, с помощью которой осуществляется гемопротекция.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используется пористый политетрафторэтилен.

5. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что размер пор пористого политетрафторэтилена, из которого изготовлена мембрана и наполнитель, выбирают в диапазоне 2 - 40 мкм.

6. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве жидкого перфторорганического соединения используется перфтордекалин.

7. Устройство для перфторорганической гемопротекции по указанному выше способу, содержащее камеру для контакта крови и перфторуглерода, соединенную с штуцерами для ввода и вывода потока обрабатываемой крови, отличающееся тем, что контактное пространство камеры заполнено пористым наполнителем или мембраной из того же материала, сложенной послойно или скрученной в рулон так, что между слоями образуются каналы для протока крови.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что контактное пространство отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения потока обрабатываемой крови по сечению контактного пространства и для сбора обработанной крови.

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что контактное пространство камеры гемопротекторного устройства заполнено пористым материалом в виде блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2