Мембранный половолоконный оксигенатор крови
MEMBRANE HOLLOW FIBER BLOOD OXYGENATOR

Изобретение относится к изделиям медицинского назначения, а именно к устройствам для оксигенации крови.
Известно устройство для оксигенации крови, содержащее основную массообменную камеру, выход для перфтордекалина, который через насос последовательно соединен с оксигенератором перфтордекалина и камерой выделения избытка газа из перфтордекалина, выход последней подключен к входу для перфтордекалина основной массообменной камеры, снабженной в верхней части боковой стенки входом и выходом для крови, подключенными к магистрали для крови с установленным на ней насосом. Основная камера выполнена в виде цилиндрической герметичной емкости из прозрачного пластполимера и снабжена электромагнитной мешалкой, выполненной в виде установленной в камере металлической вертушки и наружного электромагнита. Входной штуцер для перфтордекалина через горизонтальный канал сообщен с центральной частью камеры, выходной расположен в нижней части боковой стенки, а выходной штуцер для крови соединен с центральной частью верхней панели основной камеры (патент РФ 2027446, 1992 г.). Недостатками данного устройства являются большие габариты, необходимость установки и обслуживания дополнительного оборудования и отсутствие мобильности установки.
Также известно устройство для оксигенации крови, содержащее корпус с размещенным в нем набором мембран и пористых пластин с нанесенным на них полимером, причем корпус разделен набором мембран на газовый и кровяной отсеки, снабженные входными и выходными штуцерами, с целью повышения степени оксигенации, поверхность мембран со стороны кровяного отсека имеет дополнительное альбумин-гепариновое покрытие (патент РФ 2048818, 1990 г.). Недостатком данного устройства является малая площадь газообмена и возможное образование застойных зон крови.
Наиболее близким по технической сути является мембранный оксигенатор, который содержит корпус с пакетом одинаковых газовых камер, каждая из которых состоит из двух композиционных мембран в виде пористых пластин с нанесенным на них полимером, корпус разделен набором мембран на газовый и кровяной отсеки, снабженные входными и выходными штуцерами, причем поверхность мембран со стороны кровяного отсека имеет дополнительное альбумин-гепариновое покрытие с атромбогенным слоем, мембраны газового отсека выполнены в форме спирали, с гофрированной поверхностью, имеют два центральных и два периферических штуцера, увеличивая площадь газообмена, внутри коллектора имеется ряд перегородок, уменьшающих скорость тока крови и увеличивающих время контакта крови с поверхностью мембран, для работы устройства используется атмосферный воздух (патент РФ RU 190014 U1, 2019 г.). Недостатком данного устройства является наличие гофрированной поверхности, которая может способствовать образованию застойных зон. Кроме того во всех трех примерах недостатком является наличие альбумин-гепаринового покрытия, которое снижает скорость газообмена в мембране, а значит приводит к увеличению площади контакта крови с мембраной (увеличивает объем оксигенатора).
Целью изобретения является создание устройства для оксигенации крови с высокой эффективностью газообмена крови.
Техническая задача - создание малогабаритного устройства для оксигенации крови.
Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик устройства, уменьшение габаритов.
Поставленная задача решается тем, что в пластиковом корпусе устройства располагается газовая камера, состоящая из двух композиционных половолоконных мембран, расположенных в виде спиралевидных пластин плотной упаковки, при этом камера разделена мембранами на газовый и кровяной отсеки, снабженные входными и выходными штуцерами. Поверхность мембраны со стороны кровяного отсека имеет покрытие сплошным непористым (диффузионным) слоем перфторированным полимером (полиперфтор-(2-метил-2-этилдиоксол-1,3) толщиной до 10 мкм, который образует газоразделительный селективный слой, образуя гладкую поверхность, которая препятствует возникновению турбулентности потока крови и образованию застойных зон. В корпусе имеются два центральных штуцера для входа и выхода крови и два периферических штуцера, служащих для подачи кислорода и выхода смеси остаточного кислорода и углекислого газа.
Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что перфторированные полимеры являются гемосовместимыми полимерами и позволяет заменить альбумин-гепариновое покрытие с атромбогенным слоем, они имеют один из наиболее высоких показателей проницаемости по кислороду (патент РФ RU 2690460 C1, 2018 г, US Patent 5902747, 1999 г. Кроме того, полиперфтор-(2-метил-2-этилдиоксол-1,3 имеет высокую молекулярную массу и низкую кристалличность, что позволяет получать из него высокопроницаемые по кислороду тонкие пленки с высокими механическими показателями. Поэтому их применение позволяет сократить площадь мембраны до 1,8 м, а объем крови в оксигенаторе до 200 мл из-за высокого насыщения кислородом крови. А также проводить длительные процедуры оксигенации крови из-за высокой прочности селективного слоя.
Фиг. 1:
1 - корпус, 2 - композиционный половолоконный мембранный модуль, 3, 4 - штуцера для входа и выхода крови. 5, 6 - штуцера для подачи кислорода/воздуха и выхода смеси остаточного кислорода и углекислого газа.
Устройство работает следующим образом.
Технология экстракорпоральной мембранной оксигенации основана на использовании внеорганизменного насыщения венозной крови кислородом и одновременном удалении растворенного в крови углекислого газа с помощью мембранного газообмена.
Во внутреннюю часть половолоконной мембраны 2 подается поток газа (кислорода или воздуха) через штуцер 5, а внешняя поверхность мембраны контактирует с жидкостью (кровью), подаваемой через штуцер 3. В результате происходит перенос молекул газа через сплошной слой перфторированного полимера (полиперфтор-(2-метил-2-этилдиоксол-1,3) по механизму растворение - диффузия, где кислород в молекулярном виде растворяется в крови, а углекислый газ, растворенный в крови, десорбируется в газовую фазу. Перенос кислорода в кровь в молекулярном виде полностью препятствует газовой эмболии. Поток газа (кислорода или воздуха) подается в половолоконный мембранный модуль через штуцер 5 в корпусе оксигенатора 1, где проходя через всю длину половолоконной мембраны, обогащается углекислым газом и обедняется кислородом, выходит через штуцер 6 в атмосферу. Кровь, поступая через штуцер 3, движется, преимущественно вдоль половолоконной мембраны, упакованной в форме спиралевидной пластины, параллельно потоку газа (кислорода или воздуха), где на протяжении всего пути до штуцера 6 происходит газообменный процесс по обогащению кислородом и обеднению углекислым газом. После достижения выходного штуцера 4 кровь, обогащенная кислородом, поступает в артериальную магистраль аппарата искусственного кровообращения.
Положительный эффект - предлагаемое изобретение для оксигенации крови имеет малые габариты, более высокие эксплуатационные характеристики за счет усовершенствования конструкции и применения гемосовместимого высокопроницаемого по кислороду перфторированного полимера.
Пример 1
Катушка с намотанным на него полым волокном погружается в раствор полимера полиперфтор-(2-метил-2-этилдиоксол-1,3) на 2/3 по высоте и медленно в нем вращается для обеспечения полной смачиваемости наружной стенки полого волокна. Далее после сушки производится измерение потока кислорода и азота через стенки волокна. По соотношению этих потоков оценивается целостность нанесенного покрытия и его толщина. Далее полое волокно с нанесенным наружным селективным слоем режется на куски определенной длины и укладывается на спиральную подложку. Заранее изготовленная подложка имеет конфигурацию двойной спирали. Шаг спиральной подложки несколько превышает толщину полого волокна, для облегчения его укладки, однако незначительно, обеспечивая плотную упаковку слоев намотки, что снижает объем заполнения оксигенатора кровью и увеличивает площадь газообмена. Производится заливка торцов полых волокон компаундом. Спиральная подложка с уложенными на нее полыми волокнами помещается в целиндрический корпус, затем залитые компаундом торцы полых волокон вклеиваются во входной и выходной штуцеры, и производится зачистка устий волокон от компаунда для свободного прохождения через них газа. Производится вклейка крышки и дна в корпус. После окончательной сборки корпуса оксигенатор проверяется на герметичность и на соотношение потоков газа кислорода и азота через стенки волокна. Также производится опрессовка оксигенатора.