Исследования условий использования полимеров в системах искусственного кровообращения, механизма массообмена в естественном легком и газопроницаемости полимерных мембран показали, что наиболее подходящими для оксигенаторных мембран являются материалы на основе полиорганосилоксанов. Важным является и то, что полиорганосилоксаны обладают хорошими антитромбогенными свойствами. Применение изотропных мембран из полиэтилена, производных целлюлозы и других полимеров не дало желаемых результатов по эффективной оксигенации крови вследствие их малой проницаемости.
Полимерные мембраны в оксигенаторах могут быть плоскими, сложенными в рулоны, свернутыми в спираль, в виде полого волокна или в виде тонкой жидкой пленки. Для изготовления мембран используется в основном полидиметилсилоксан, так как среди полимерных материалов он обладает наибольшей проницаемостью по кислороду и углекислому газу. Так, проницаемость полидиметилсилоксана по кислороду в 100 тысяч раз выше, чем у поливинилхлорида и в 500 раз выше, чем у полиэтилена, а по углекислому газу в 60 тысяч раз больше, чем у поливинилхлорида и в 1500 раз выше, чем у полиэтилена. К сожалению, у полидиметилсилоксана очень низкие прочностные характеристики, поэтому для упрочнения в его состав вводятся поликарбонатные, полиакрилатные и другие жесткие фрагменты, что не может не сказываться на его проницаемости.
| а) |
б)
|
| Рис. 5.1. Мембранные оксигенаторы: а – спиральный; б – капиллярный |
|
Созданные в последнее время конструкции оксигенаторов на полых волокнах являются моделью, наиболее близкой к естественному легкому. В таких оксигенаторах кровь протекает внутри полого волокна, а кислород противотоком омывает волокно с внешней стороны. В организме человека кислород поступает в альвеолы, между оболочками которых расположены капилляры. Толщина оболочки альвеолы не превышает 0,1 мкм, а размеры капилляров таковы, что эритроциты проходят только по одному в ряд. Кислород из альвеол через оболочку диффундирует в капилляр, где связывается с гемоглобином эритроцитов. Общая поверхность альвеол 50–200 м2 , а производительность легких человека по кислороду 15 л/мин. Возможности искусственных легких (оксигенаторов) намного скромнее: общая поверхность газообмена составляет 5–6 м2 , а производительность по кислороду 100 мл/мин через 1 м2 (т. е. 0,5–0,6 л/мин). Несмотря на довольно низкую по сравнению с естественными легкими производительность, аппараты «искусственные легкие» широко используются не только в хирургии, но и в терапии ряда заболеваний – прежде всего при пневмонии, атеросклерозе, сердечнососудистой недостаточности. В этом случае в оксигенаторах получается обогащенный кислородом воздух, содержащий до 35–40 % О2 , а рабочим телом мембраны являются полиорганосилоксаны.
Отечественные исследователи разработали несколько вариантов пленочных асимметричных мембран на основе винилтриметилсилана (мембрана-ПВТМС), полиарилат-полисилоксана (мембрана-Силар) и ПК-ПДМС (мембрана-Карбосил-АС). Последние были использованы в плоскостных моделях оксигенаторов.
Высокая эффективность мембран для оксигенаторов была в дальнейшем достигнута за счет использования пористых плоских и волоконных систем из гидрофобных политетрафторэтилена, полипропилена (GELGARD) и других полимеров. Технология изготовления пористых мембран связана с подбором фракций гранул полимера определенного размера и режимов их прессования, а также режимов экструзии и вытяжки образующихся пленок и волокон. Поэтому газовые потоки через пористые мембраны значительно больше, чем через сплошные, и площади газообмена в оксигенаторе меньше (1 м2 вместо 3–5 м2 ).
Однако, как показали последние исследования, такие мембраны имеют и ряд недостатков, связанных с их пористой структурой:
1) возможность попадания пузырьков газа в кровь, что может вызвать эффект послеоперационного невротического расстройства;
2) гидрофилизация липидами крови поверхности пор волокна и проникновение крови в поры, что приводит к ухудшению газопереноса;
3) отрицательное влияние газовых менисков в устьях пор мембраны, создающих высокое поверхностное натяжение крови.
Недостатки пористых мембран можно нивелировать путем нанесения на их поверхность односторонней, микронного уровня сплошной пленки, например, из полиарилат-полисилоксана, которая обладает высокой газопроницаемостью и хорошей гемосовместимостью. Скорость переноса кислорода для данной модифицированной мембраны в виде полого волокна из полипропилена составляет до 97%, а скорость элиминации углекислого газа – до 75% от соответствующих показателей непокрытой мембраны.
Разработки мембран асимметричной структуры для оксигенаторов в последнее время приобрели доминирующее значение, так как помимо высокой эффективности тончайший, плотный слой на основе силиконов или их сополимеров исключает опасность тромбообразования и внесения инфекции в кровь с пузырьками воздуха. На такие мембраны дополнительно может быть нанесен слой альбумин-гепаринового покрытия, прочно фиксированного на мембране, что способствует повышению оксигенации и элиминации углекислоты при внелегочном газообмене.
Технологически асимметричность структуры мембран по толщине может формироваться различными путями, например:
а) нанесением из разбавленных растворов полиорганосилоксанов на пористые подложки;
б) полимеризацией (каталитической, в потоке плазмы или радиационной) на пористых подложках силоксановых и силановых мономеров, таких как циклосилоксаны, гексаметилдисилоксан, винилметилдисилоксан, а также винилтриметилсилан, триметилсилилпропин и другие;
в) фазовоинверсионным методом из растворов силоксановых сополимеров в системе растворитель–нерастворитель.
Таблица 5.1. Проницаемость полимерных материалов, используемых в оксигенаторах
| № |
Материал мембраны |
Газопроницаемость, |
Селективность |
Паропроницаемость |
|
| О2 |
СО2 |
||||
| 1. |
Полиэтилен |
2,8 |
1,2 |
0,43 |
0,3 |
| 2. |
Политетрафторэтилен |
1,5 |
3 |
2 |
0,03 |
| 3. |
Полидиметилсилоксан |
55 |
330 |
6 |
20 |
| 4. |
Поликарбонатсилоксан |
16 |
97 |
5,7 |
7 |
| 5. |
Этилцеллюлоза |
2,1 |
4,1 |
1,95 |
– |
| 6. |
Перфторбутират- |
5 |
25 |
5 |
– |
| 7. |
Полиалкиленсульфон |
10 |
40 |
4 |
– |
| 8. |
Политетрафторэтилен |
|
|
|
|
| 9. |
Поли-4-метилпентен-1 |
|
|
|
|
5.2. Показания к экстракорпоральной мембранной оксигенации.
Теоретически, ЭКМО может быть показана любому больному с потенциально обратимой формой дыхательной, сердечной или сердечно - легочной недостаточности. Очень важным является отбор пациентов для проведения ЭКМО. С одной стороны необходимо правильно оценить степень снижения сердечно - легочного резерва с целью определения показаний для применения этого метода, а с другой стороны исключить группу больных, у которых прогноз является явно безнадежным и для которых проведение ЭКМО не имеет смысла. Если ЭКМО используется при сердечной недостаточности, то она более эффективна в случае, когда у больного имеет место правожелудочковая недостаточность, которая является следствием легочной гипертензии и сопутствующей гипоксии. На практике ЭКМО часто используется в качестве метода вспомогательного кровообращения:
- после операций на сердце, обычно после хирургической коррекции врожденных пороков сердца,
- при трансплантации сердца или легких,
- при миокардите или при реакции отторжения трансплантата.
5.3. Каннюляция для экстракорпоральной мембранной оксигенации.
Существует два вида ЭКМО - веновенозная (ВВЭКМО) и веноартериальная (ВАЭКМО). ВАЭКМО используется, когда существует, по крайней мере, частичная необходимость в проведении вспомогательного кровообращения. ВВЭКМО применяют, когда имеет место изолированная дыхательная недостаточность. Правильная постановка канюль необходима для обеспечения адекватной перфузии и предотвращения гемолиза. В настоящее время используются тонкостенные канюли, стенки которых усилены металлической спиралью, что предотвращает возникновение перегибов канюли. У старших возрастных групп канюли для ВВЭКМО часто устанавливают чрескожно при помощи проводника. Когда требуется канюляция артерии (при ВАЭКМО), чрескожная пункция сосуда и введение каннюли с помощью проводника невозможны, для этого необходимо хирургическое выделение артерии. Важно учитывать, что необходим тщательный гемостаз при выполнении канюляции, поскольку это предотвратит кровопотерю. Если после операции невозможно перевести больного с искусственным кровообращением на самостоятельное дыхание, то ЭКМО проводят при открытой грудной полости. В этом случае не всегда удается избежать кровопотери.
Удаление канюли требует хирургического вмешательства, если применялась ВАЭКМО. Если канюляция была произведена с помощью проводника и без лигирования сосуда, то после удаления канюли необходимо лишь наложить кожный шов.
6. Заключение.
ИВЛ – одно из наиболее эффективных и изученных средств интенсивной
терапии и реанимации. Но несмотря на высокую эффективность ИВЛ как
самостоятельная мера малоперспективна. Сложный комплекс респираторной и
прочей вспомогательной и основной терапии создает фон, на котором
максимально проявляются достоинства ИВЛ и сводятся к минимуму ее недостатки
и осложнения.
Современные оксигенаторы предельно надежны и обеспечивают полную безопасность пациентам. Научно-технические достижения позволили ряду фирм осуществить разработки конструктивных разновидностей различных мембранных оксигенаторов, тем не менее, совершенствование и создание более эффективных мембранных аппаратов и мембран остается актуальной задачей.
Список использованной литературы.
1. Зильбер А.П., Искусственная вентиляция легких при острой дыхательной недостаточности, - М., Медицина, 1987.
2. Гологорский В.А., Дыхательная недостаточность – М., 1984.
3. Косяков В.И., Розова М.Н., Материалы медицинского применения – СПб, Издательство СПбГПУ, 2005.
4. Райгородский И.М., Савин В.А. Применение газопроницаемых полимерных мембран в медицине // Пластмассы. 1976. № 1, с. 61–65.
5. Каричев З.Р., Мулер А.Л. Применение композиционных половолоконных мембран для оксигенации крови // Теор. основы хим. технол. 2001. Т. 35, № 4, с. 1–7.
6. Karichev Z., Muler A., Vishnevsky M. Spontaneous gas bubbling at microporous oxygenators // Artif. Organs. 1999. V. 23, No 10, p. 904.
7. Дургарьян С.Г., Ямпольский Ю.П., Платэ Н.А. Селективно-проницаемые полимеры и газоразделительные мембраны: структура и транспортные свойства // Успехи химии. 1988. Т. 57, № 6, с. 974–989.
8-09-2015, 23:58