Brevet FR2489144A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne un dispositif de poumon artificiel qui permet d'effectuer les fonctions pulmonaires à la place des poumons humains. L'invention a plus spécialement pour objet un dispositif de poumon artificiel comprenant des moyens pour extraire l'eau contenue dans le sang se trouvant dans un circuit de circulation de sang, et ainsi éviter une diminution en concentration de sang lors d'une opération chirurgicale par exemple. Auparavant, les dispositifs de poumon artificiel étaient nécessairement utilisés dans par exemple une opération de cardiotomie. Comme il est bien connu dans ce domaine, les dispositifs de poumon artificiel sont soit du type à bullage, soit du type à filmsoit du type à membrane. Ces dispositifs de poumon artificiel comprennent généralement (i) un corps de poumon artificiel pour mettre en contact le sang avec l'oxygène, et ainsi réaliser un échange entre le dioxyde de carbone contenu dans le sang et l'oxygène pour obtenir un sang contenant de l'oxygène, et (ii) des moyens de canalisation ou de drainage du sang pour relier le corps humain avec le corps de poumon artificiel, et ainsi former un circuit de circulation de sang. Les poumons de type à bullage sont ceux dans lesquels le gaz oxygène est alimenté dans le sang dans un tube de mélange oxygène-sang par l'intermédiaire d'un dispositif de dispersion d'oxygène, ainsi le sang et les bulles d'oxygène sont mis directement en contact les uns avec les autres. Ces poumons de type à bullage présentent les avantages suivants: la capacité d'échange du gaz est excellente et les corps de poumons artificiel sont compacts et donc très facilement mis en place. Ces poumons artifi- ciels comprennent généralement un tube de mélange sang- oxygène, un réservoir de sang et un échangeur de chaleur. Les poumons artificiels du type à film sont ceux dans lesquels le gaz oxygène est directement mis en contact avec le sang dans, par exemple, un cylindre rotatif pourvu à son intérieur de disques rotatifs, pour réaliser l'échange de gaz. Ces poumons artificiels présentent l'avantage par rapport aux poumons à type bullage précédent d'une perte et d'une contamination du sang faibles, bien que le volume pulmonaire soit important et la maintenance de celui-ci non aisée. Les poumons artificiels du type à membrane sont ceux dans lesquels le gaz oxygène est en contact avec le sang à travers une membrane perméable aux gaz, et notamment perméable à l'oxygène et au dioxyde de carbone. La membrane peut être sous forme de lamelles, rouleaux ou capillaires. Ces poumons artificiels présentent les avantages suivants comme le gaz oxygène et le sang ne sont pas en contact direct l'un avec l'autre, les problèmes générés par un contact direct du sang avec l'oxygène ( dénaturation des protéines plasmatiques, formation de globules gras hémolyse et analogues) peuvent être effectivement évités. Le sang qui est alimenté dans les drains de sang est du sang veineux s'écoulant à partir d'une blessure ouverte, tandis que le sang qui est alimenté depuis le drainage de sang dans le corps humain est du sang artériel. Dans le cas o une opération chirurgicale, par exemple une opération de cardiotomie ou analogue est réalisée en connectant le dispositif de poumon artificiel décrit ci-dessus avec le corps humain, le sang s'écoulant à partir d'une blessure ouverte s'écoule habituellement dans le drainage de sang comme un mélange dilué de celui-ci, ce mélange étant refroidi dans un mélange de glace pilée utilisée pour le refroidissement des muscles cardiaques. Ainsi, la concentration (c'est-à-dire la valeur hémato- critique) du sang qui circule dans le patient,est indésira- blement diminuée avec le laps de temps. Donc, une partie du sang circulant est soutirée à partir du système de circula- tion, et à la place, on alimente dans ledit circuit de circulation de sang un sang stocké. Cependant, la dilution du sang est encore inévitable. Pour cette raison un diurétique est administré au patient pendant 24 heures à 48 heures après l'opération, pour accélérer la micturition. - Cependant, l'utilisation des dispositifs de poumon artificiel conventionnels décrits ci-dessus demande de manière indésirable une grande quantité de sang stocké. En outre, un autre inconvénient de ces dispositifs de poumon artificiel conventionnels réside en ce que la concentration en potassium du sang de circulation est sensiblement augmentée à cause de la présence d'une concentration en potassium relativement élevée dans le sang stocké. L'élimination de ces inconvénients a été très vivement désirée. En conséquence, un des objets de la présente invention est d'éviter la diminution mentionnée ci-dessus dans la concentration en sang durant l'opération et de procurer un dispositif de poumon artificiel perfectionné qui est capable de réaliser les fonctions pulmonaires à la place des poumons humains tandis que la concentration désirée sanguine est maintenue au cours de l'opération. D'autres objets et avantages, détails de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre. Conformément à la présente invention, le dispositif de poumon artificiel comprend: (i) un corps de poumon artificiel pour mettre en contact le sang avec l'oxygène, et ainsi échanger le dioxyde de carbone contenu dans le sang avec l'oxygène pour obtenir un sang contenant de l'oxygène; (ii) une canalisation ou un drainage du sang pour relier le corps humain avec le corps de poumon artificiel et ainsi réaliser un circuit de circulation du sang; et (iii) des moyens pour extraire l'eau du sang contenue dans celui-ci, disposés dans le drainage de sang et reliés en série ou en parallèle avec le corps de poumon artificiel. D'autre détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu de la description explicative qui va suivre-faite en référence à la figure unique illustrant un mode de réalisation typique du dispositif de poumon artificiel de l'invention, donnée seulement à titre d'exemple. Selon l'invention, l'eau contenue dans le sang de circulation est de préférence extraite du système de circulation de sang par un moyen d'extraction d'eau du sang placé dans le circuit de circulation du sang, et ainsi la diminution en concentration sanguine est effecti- vement évitée et la quantité de sang stocké devant être alimentéepeut être de manière significative et grandement diminuée ou même aucune quantité sensible de sang stocké n'est alimentée. Le moyen pour extraire l'eau du sang utilisé dans la présente invention comprend des moyens qui peuvent sélectivement extraire du sang, l'eau ou l'eau et d'autres composants ayant un poids moléculaire relativement bas, contenus dans ledit sang. Des exemples typiques de tels moyens qui peuvent être utilisés de manière convenable et préférentielle dans la présente invention sont, par exemple les organes artificiels tels que les reins artificiels, les foies artificiels ou analogues qui sont déjà très bien connus dans ce domaine. Ces organes artifi- ciels donnent, dans le domaine clinique, beaucoup de résultats satisfaisants et ces dispositifs artificiels à haute sûreté de fonctionnement sont directement disponibles. Ces organes artificiels sont du type à dialyse et du type à ultrafiltration et sont classés comme du type à tube creux, du type à plaque, du type à rouleaux selon la forme de la membrane semi-perméable utilisée. Les membranes semi-perméables utilisées dans les organes artificiels mentionnés ci-dessus sont réalisées à partir de substances polymères variées telles que la cellulose, le polyacrylonitrile, le polycarbonate, le poly(méthyl méthacrylate), le polyéthylène, le polypropylène ou analogues. 24891 44 Les différents types ci-dessus mentionnés de dispositifs d'organe artificiel peuvent être utilisés comme moyensd'extraction d'eau à partir du sang, dans la présente invention. Cependant, l'utilisation d'un dispositif à type ultrafiltration est préféré du point de vue de sa capacité élevée de traitement, et l'utilisation de membranes semiperméables à fibrescreusE est préférée d'un point de vue pratique, dans la présente invention. Pour extraire sélectivement l'eau et les substances à bas poids moléculaire du sang, on peut utiliser des membranes semi-perméables à travers lesquelles les substances à haut poids moléculaire telles que les compo- sants cellulaires du sang, des protéines ou analogues ne peuvent être extraites et à travers lesquelles seulement les composants à bas poids moléculaire peuvent être extraits. Par exemple, des reins artificiels conventionnels sont habituellement réalisés de sorte que les substances à poids moléculaire bas ayant un poids moléculaire inférieur au poids moléculaire compris entre 3.000 et 10.000 peuvent être sélectivement filtrées ou dialysées. Donc, l'eau et les autres substances à bas poids moléculaire telles que le potassium, le sodium ou analogues, contenues dans le sang peuvent être effectivement extraits à partir du sang par l'utilisation de tels reins artificiels conventionnels. D'autre part, dans le cas, par exemple, d'une opération de cardiotomie, une quantité relativement importante de cellules de sang est contaminée par un poumon artificiel. Plus particulièrement, la libération d'hémoglobine causée par l'hémolyse de l'érythrocite pose un problème. L'hémoglobine libérée est mise en circulation avec les autres composants du sang, à travers le circuit de circulation de sang. Le poids moléculaire de l'hémo- globine libérée est d'environ 34.000. Donc, dans le cas o une membrane semi-perméable au travers de laquelle des substances ayant un poids moléculaire d'environ 40.000 ou moins peuvent être filtrées est utilisée dans le moyen d'extraction d'eau, l'hémoglobine libérée sera de préférence extraii à partir du système de circulation sanguine, simultanément avec l'eau. Ces membranes semi-perméables à travers lesquelles les substances ayant un poids - moléculaire d'environ 40.000 ou moins peuvent être filtrées, comprennent, par exemple des membranes du type poly- acrylonitrile.. Le moyen d'extraction d'eau utilisé dans la présente invention peut être placé à n'importe quel endroit du circuit de circulation de sang du dispositif de poumon artificiel. Dans un mode de réalisation, une partie du sang en circulation peut être déviée du drainage de sang en circulation pour passer à travers le moyen d'extraction d'eau. De manière générale, comme les disposi- tifs artificiels sont vraisemblablement plus ou moins la cause de l'hémolyse du sang, la quantité de sang qui doit être en contact avec ces dispositifs artificiels est de préférence aussi petite que possible pour que la quantité d'hémolyse du sang soit diminuée. Selon le mode de réalisa- tion préféré de la présente invention, la quantité préférée de sang dévié est de 5 à 50% en poids, avantageusement de à 20% en poids, de la quantité totale de sang en circulation. En conséquence, la quantité d'hémolyse du sang est diminuée en proportion à la quantité de sang dévié ou by-passé. La figure 1 illustre un exemple typique d'un dispositif de poumon artificiel selon la présente invention. En se référant à la figure 1, le sang veineux provenant du patient 1 circule à travers la ligne 2 vers un réservoir 3 dans lequel le sang veineux est dégazé. Puis, le sang veineux dégazé est introduit à travers un échangeur de chaleur 5 à un poumon artificiel 6 au moyen d'une pompe de sang 4. Le sang est mis en contact avec l'oxygène (02) dans le poumon artificiel 6, ainsi le dioxyde de carbone (Ca2) contenu dans le sang est dégagé dans la phase gaz et l'oxygène est introduit dans le sang. Le sang est alors introduit dans un réservoir 7. Dans ce réservoir les gaz contaminants contenus dans le sang sont séparés et extraits à partir du sang et réintroduits dans une artère du patient, à travers une pompe sanguine 8 et un filtre 9. Le sang s'écoulant à partir d'une blessure ouverte au cours d'une opération chirurgicale par exemple est introduit par une ligne 10, un filtre 11 et une pompe sanguine 12 dans un réservoir 3. Une partie de ce sang est déviée ou by-passée à partir d'une ligne 14, à travers une pompe 15 vers un dispositif d'extraction d'eau 13 dans lequel l'eau et les autres composants à-bas poids molécu- laire tels que le potassium, le sodium contenus dans le sang sont extraits à partir dudit sang. L'eau et les autres composants à bas poids moléculaire extraits à partir du sang sont extraits du système par un conduit 16. Le sang résultant est introduit par la ligne 17 dans un réservoir 7, dans lequel le sang est dégazé et est mélangé avec le sang provenant du poumon artificiel 6, avant la réinjection au patient 1. Dans le circuit illustré par la figure 1, le sang circule dans le circuit de circulation à partir des lignes 2 et 10, à travers le réservoir 3, l'échangeur de chaleur 5, le dispositif d'extraction d'eau 6, le réservoir 7, le filtre 9 et la ligne 18 avant d'être réinjecté au patient 1. Parmi les éléments contenus dans le circuit de circulation du sang, les réservoirs 3 et 7 ont pour fonction le stockage temporaire de sang et également le dégazage du sang et les filtres 9 et 11 ont pour fonction d'extraire les composés contaminants contenus dans le sang. Les pompes de sang 4, 8, 12 et 15 sont utilisées pour pomper le flux de sang et l'échangeur de chaleur 5 est utilisé pour refroidir ou chauffer ledit flux de sang. Un conduit, drain ou ligne 19, qui est relié au sommet du réservoir 3, peut être utilisé pour introduire différents additifs tels que des solutions salines physio- logiques pour amorcer le circuit de sang, du sang stocké, des agents physiologiques ou chimiques variés, des agents nutritifs ou analogues, dans le circuit de circulation de sang. Le moyen d'extraction d'eau 13 utilisé dans la présente invention peut être de préférence placé ou 24ff91 44' installé dans n'importe quelle ligne ou conduit entre le réservoir 3 et le réservoir 7 ou dans un conduit by-pass des lignes du circuit entre les réservoirs 3 et 7, ou peut être placé dans lesdites lignes. Le moyen d'extraction d'eau 13 est de préférence placé en amont du réservoir 7, pour permettre l'installation préférée des moyens de dégazage (c'est-à-dire le réservoir) à proximité de la ligne finale (ligne 18). Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le sang traité dans le moyen d'extraction d'eau 13 est réinjecté dans le réservoir 7, dans lequel le sang traité est mélangé complètement avec le sang restant non traité. La présente invention sera maintenant illustrée, de manière non limitative, par l'exemple suivant, dans lequel une opération de cardiotomie a été réalisée en utilisant le dispositif de poumon. artificiel conforme à la présente invention. Un dispositif de poumon artificiel identique à celui illustré à la figure 1 a été utilisé. Le poumon artificiel utilisé était un poumon artificiel de type cellulaire (type S-100A commercialisé par Shiley, U.S.A.) dans lequel la partie de mélange gaz-liquide et le réservoir sont combinés l'un avec l'autre. Le débit maximum de-flux sanguin permis est de 6 litres/minute. Le moyen d'extraction d'eau utilisé est un dispositif cylindrique du type ultra- filtration (type PAN-15 commercialisé par Asahi Medical Co. Ltd, Japon) comprenant un faisceau de 11.000 fibres creuses de polyacrylonitrile ayant chacune un diamètre interne de 200 microns, et la membrane d'épaisseur 50 microns étant disposée dans un conteneur cylindrique constitué par un copolymère acrylonitrile-styrène et ayant des dimensions de 238 mm x 48 mm de diamètre. Les deux extrémités du faisceau précité sont obturées de manière étanche aux liquides avec une résine adhésive de polyuréthane. La surface effective de la membrane est de 1, m. Tout d'abord, on introduit dans le dispositif de poumon artificiel 1.600 ml de sang stocké et 1.000 ml d'une solution GIK (c'est-à-dire une solution de potassium, glucose et insuline, donc un volume total liquide de 2.600 ml), puis le circuit de circulation de sang est relié au patient. Le temps de l'opération est d'environ minutes et le débit de flux moyen du sang qui circule dans le circuit de circulation de sang au cours de l'opération est de 4.700 ml/minute. Le débit du flux du sang dévié qui est introduit dans le moyen 13 d'extraction d'eau à partir de la ligne 14 par la pompe 15 est compris entre 190 et 200 ml/mn, et la quantité d'eau extraite à partir de ce sang dans ledit moyen d'extraction d'eau est de 2.120 ml, comprenant 7 milliéquivalent de potassium et 262,9 milliéquivalent de sodium. D'autre part, on alimente à partir du réservoir 3, et au cours de l'opération, 2.000 ml de solution GIK et d'autres agents auxiliaires nécessaires. La valeur hématocritique du sang dans le circuit de circulation de sang est, en moyenne, de 30h, et les concentrations en potassium et sodium dans ledit sang sont égales respecti- vement à 3,3 milliéquivalent/litre et 124 milliéquivalent/ litre. Au cours de l'opération, le soutirage du sang de la boucle de circulation de sang n'est pas requis et aucune quantité sensible de sang stocké n'est ajoutée. Dans le cas o aucun moyen d'extraction d'eau n'est installé dans le circuit de circulation de sang, la valeur hématocritique augmenterait de manière importante à 23,5% (valeur calculée) et la concentration en cellules sanguines du sang en circulation serait diluée jusqu'à 21,5%. En outre, les concentrations en potassium et sodium dans le sang contenu dans le circuit de circulation de sang comprenant le corps humain seraient augmentées respective- ment de 7 milliéquivalent et 262,9 milliéquivalent. Ceci n'est pas désirable vu que cela entraînerait une augmen- tation de la charge supportée par les reins du patient au cours de l'opération, ce qui n'est pas souhaité et probablement causerait un mauvais fonctionnement des reins et d'autres désordres. Pour éviter la dilution du sang en circulation et pour maintenir le niveau hématocritique du sang de manière similaire à la présente invention, une partie du sang circulant doit être extraite du système et environ 4.000 ml ou plus de sang stocké doivent être injectés dans le circuit de circulation de sang. Cependant, dans ce cas, une augmentation non désirée en concentration de potassium du sang circulant est inévitable. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Dispositif de poumon artificiel, caractérisé en ce qu'il comprend: (i) un corps de poumon artificiel pour mettre en contact le sang avec l'oxygène, et ainsi échanger le dioxyde de carbone contenu dans le sang avec l'oxygène pour obtenir un sang contenant de l'oxygène; (ii) un drainage ou canalisation du sang pour relier le corps humain avec ledit corps de poumon artificiel, et ainsi réaliser un circuit de circulation du sang; et (iii) un moyen pour extraire l'eau du sang contenue dans ledit sang, ledit moyen étant situé dans ledit drainage ou ladite canalisation de sang, et étant relié en série ou en parallèle avec ledit corps de poumon artificiel. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'extraction d'eau précité est un organe artificiel comprenant une membrane semi- perméable. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane semi-perméable précitée est capable de filtrer des substances ayant un poids moléculaire inférieur ou égal à 40.000.