Paru-paru tiruan

Paru-paru tiruan ialah sebuah peranti perubatan yang digunakan untuk menggantikan fungsi paru-paru manusia yang telah kehilangan fungsi asalnya. Misalnya, paru-paru yang telah dijangkiti virus ataupun kehilangan fungsi akibat sesuatu kemalangan dan sebagainya. Selain itu, paru-paru tiruan ini juga akan memainkan peranan sebagai paru-paru biologi bagi mengoksidasikan darah dalam badan kita dan pada masa yang sama, ia juga menghapuskan karbon dioksida (CO2)William J. Federspiel, K. A. (2004). Lung, Artificial: Basic Principles and Current Applications. In G. L. Gary E. Wnek, Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering (pp. 910-931). New York: Marcel Dekker. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh teknologi perubatan masih belum mencapai tahap yang begitu maju lagi, kita hanya mempunyai sejenis paru-paru tiruan sahaja, iaitu pengoksigenan membran ekstrakorporeum (extracorporeal membrane oxygenation, ECMO).

Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO)
‘Extracorporeal Membrane Oxygenation’ (ECMO) ialah sejenis teknik bagi merawat kekurangan penafasan  dengan  menyediakan sokongan penafasan kepada badan pesakit. Darah pesakit yang menyalur melalui paru-paru tiruan ini akan diagihkan kepada dua bahagian oleh  gas-telap membran. Pada asalnya teknik ini hanya diaplikasikan kepada bayi sahaja tetapi sekarang ia telah digunakan secara meluas di kalangan orang dewasa. David F. Friedman, M. a. (n.d.). Extracorporeal Membrane Oxygenation and Cardiopulmonary Bypass. Hnadbook of Pediatric Transfusion Medicine.

Jenis-jenis

 Veno-arteri (VA)  Veno-vena (VV) Memberi sokongan kepada jantung dan penafasan  Hanya memberi sokongan kepada penafasan Merangkumi canulasi daripada arteri utama, kekurangan perfusi paru-paru, penurunan pengeluaran kardiak, peningkatan risiko neurologi  Memelihara kedenyutan, mengelakkan daripada canulasi arteri utama, penurunan risiko neurologi, mengelakkan kecederaan iskemia kepada paru-paru. Darah yang mengalir daripada sistem veno dan akan pulang ke sistem arteri  Darah yang mengalir daripada sistem veno dan akan pulang ke sistem vena

Reka Bentuk ECMO
Kegagalan pernafasan disebabkan kegagalan paru-paru manusia untuk menjalani proses pertukaran gas (oksigen dan karbon dioksida). ECMO digunakan untuk melaksanakan fungsi paru-paru. Ia terdiri daripada kanula , pam, empangan darah, oksigenator dan penukar haba. (2010). Bioartificial Organ Design. Dalam K. R. Sharma, Transport Phenomena in Biomedical Engineering: Artifical organ Design and Development, and Tissue Engineering. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc

Kanula
Kanula adalah sambungan dari peredaran pesakit ke peredaran extracorporeal. Ia mengambil darah yang terdeoksigen dari peredaran vena pesakit dan mengembalikan darah yang beroksigen kepada peredaran arteri atau peredaran vena pesakit. Kanula diletakkan dalam vena femoral dengan pembedahan dipotong secara langsung atau dalam superior vena cava semasa diletak untuk ECMO semasa menjalankan pembedahan kardiotorasik. Disebabkan kembali darah yang oksigen, karotid biasa digunakan untuk akses arteri (VA ECMO) dan mengembalikan kanula kemungkinan dalam urat femoral untuk menghantar ECMO kepada akses vena (VV ECMO).

Pam
Pam roller biasa digunakan untuk menghantar darah melalui komponen-komponen litar extracorporeal dan menyediakan tekanan arteri kepada pesakit. Kadar pam yang boleh laras menentukan kadar pengaliran darah menerusi pam serta jumlah pengaliran arteri disumbangkan oleh litar. Pam tersebut mempunyai mekanisme tertentu untuk mengesan kenaikan tekanan  disebabkan stalemate di mana dalam sebelah pulangan litar. Ia mampu mengurangkan atau menghentikan aliran sebelum peningkatan tekanan  menyebabkan bencana pemotongan dalam litar.

Empangan darah
Empangan darah tersebut akan membekalkan isipadu darah yang bertindak sebagai penampan untuk membenarkan percanggahan antara kadar darah yang datangnya daripada pesakit dan juga kadar pam. Empangan darah juga dilengkapi dengan penderia bagi mengesan mekanisme pengosongan dan kawalan yang akan melambatkan dan menghentikan pam untuk memastikan bahawa kadar pengairan pam tidak melebihi kadar darah yang datang daripada pesakit. 

Oksigenator
Oksigenator menyediakan kawasan pemukaan di mana berlakunya penukaran gas dengan gentian berongga atau membran silikon dilipat. Gas oksigen yang diluluskan akan melalui oksigenator dengan berlawanan arah pengaliran darah. Selain itu, ia juga mewujudkan berlawanan yang menggalakkan penyebaran oksigen ke dalam darah.

Penukar haba
Fungsi penukar haba adalah untuk memanipulasikan suhu darah yang akan kembali kepada pesakit berada pada 37°C bagi mencegah hipothermia.

Siapakah yang memerlukan ECMO?
Pesakit-pesakit yang dijangkiti penyakit paru-paru yang akut dan kronik sehingga paru-parunya kehilangan kemampuan untuk berfungsi dengan berkesan akan memerlukan ECMO ini. Contohnya,pesakit yang mengalami:

 Penyakit Kronik Obstructive Pulmonari (Chronic Obstructive Pulmonary disease)
- Bronchitis kronik 
- Emphysema
 Para pesakit yang menjalani surgeri jantung.
- ECMO akan bertindak sebagai ‘cardiopulmonary bypass’ (CPB).
 Bayi yang mengalami kesukaran untuk bernafas dan penyakit jantung 

Komplikasi
 Pembasahan plasma (plasma wetting). Dalam jangka masa yang panjang oksigenator membran gentian geronggang akan mencetus penyerapan plasma darah ke dalam liang gentian. Keadaan ini dikenali sebagai ‘plasma wetting’. Di samping itu, keadaan ini akan menambahkan jarak difusi oksigen dan karbon dioksida. Justeru itu, mengurangkan prestasi pemindahan jisim.
 Pendarahan. Infusi heparin dan disfungsi platelet akan mencetus kepada pendarahan. senarai bernombor
 Thrombosis jantung. Penukaran dari segi aliran darah akan berlaku apabila arteri dan veno femoral digunakan untuk veno-arteri ECMO. Jika output ventrikular kiri tidak dapat dikekalkan, ia akan mengakibatkan stasis darah dan juga thrombosis.Ludwig K, v. S. (2002). Compliant Artificial Lung for Extrapulmonary Gas Transfer. United State-Patent Application Publication.

Cabaran masa depan
Pada masa hadapan, teknologi baru akan memastikan kesederhanaan dan keselamatan ECMO yang merangkumi oksigenator yang baru, pam dan permukaan lapisan. Kini, para sainstis kita sedang membuat ujian dan penyelidikan ke atas paru-paru tiruan bagi meningkatkan pretasinya lagi dan menamakannya sebagai ‘BioLung’. Ia akan menggantikan fungsi penukaran gas seseorang dan meningkatkan mobiliti pesakit. ‘BioLung’ ini tidak memerlukan pam mekanikal dan darah juga tidak perlu meninggalkan badan pesakit. Selain itu, saiznya juga merupakan satu factor baru dan dapat diimplan ke dalam dada pesakit. Fungsinya pula adalah untuk memudahkan lagi proses pengepaman darah ke dalam jantung. Peranti ini juga dihiasi dengan berongga gentian plastik berlubang bagi memudahkan gas molekul melaluinya. Pertukaran gas akan berlaku di sini manakala darah pula akan megalir balik ke jantung supaya proses pengepaman darah dapat diteruskan ke seluruh badan.

Rujukan

Pautan luar


Kategori:Peralatan perubatan
Kategori:Teknologi membran