Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Doar rabdarea si perseverenta in invatare aduce rezultate bune. stiinta, numere naturale, teoreme, multimi, calcule, ecuatii, sisteme
Biologie Chimie Didactica Fizica Geografie Informatica
Istorie Literatura Matematica Psihologie

Chimie


Index » educatie » Chimie
» Oxigenarea artificiala - schimbul gazos alveolo-capilar


Oxigenarea artificiala - schimbul gazos alveolo-capilar


OXIGENAREA ARTIFICIALA

Oxigenarea artificiala inseamna schimbul gazos alveolo-capilar realizat intr-un sistem extracorporal cu elemente artificiale. Acest proces se efectueaza cu ajutorul unui dispozitiv numit oxigenator. El permite patrunderea 02 in circulatia sistemica si iesirea in principal a C02. Totul se efectueaza in debitul circulator care strabate compartimentele oxigenatoarelor.



Oxigenatorul are in structura sa urmatoarele elemente:

rezervorul venos;

• rezervorul arterial;

• membrana de schimb gazos (sau amestec direct 02 cu sange);

• schimbatorul de caldura;

• capetele pentru conexiuni;

Cateterele pentru recoltat probe;

Liniile de recirculare.

Diferentele dintre plamanul artificial si cel natural sunt inca mari, realizarile tehnice nefiind capabile sa ajunga la performantele plamanului natural. Aceste diferente sunt aratate in tabelul 1

Caracteristici

Plaman artificial (cu membrana)

Plaman natural

Suprafata de schimb (m2)

0,5-4

70

Grosimea membranei (microni)

150

0,5

Maximum de transfer al 02                

400-600

2 000

Tabel 1 Diferentele intre plamanul natural sl artificial.

Se remarca in principal suprafata de schimb mult redusa a plamanului artificial (<10%) fata de cel natural.

Principii fizice

Transferul de gaz din mediul lichid in cel gazos sau invers este dirijat de diferenta de presiune partiala; este limitat de rezistenta la difuziune prin structura primara care in cazul oxigenatorului este o membrana sintetica. Un alt element care influenteaza acest transfer este raportul dintre debitul de sange.

Rata de difuziune este proportionala cu gradientul presiunii partiale a gazului in directia de difuziune.

Difuziunea O2 in sange este mai complicata decat deductiile din legea lui Fick, pentru ca difuziunea in plasma sanguina presupune absorbtia 02 de catre hematii, iar acest fenomen este descris ca o functie neliniara.

Concentrarea 02 intr-un volum de sange se va obtine prin cresterea timpului de contact dintre interfetele membranei si hematii.

Difuziunea oxigenului prin membrana artificiala este diferita in functie de presiunea partiala a 02 la interfata cu sangele (Ps) si in curentul sanguin (fig. 1).

                              

Fig. 1 Difuziunea 02 in functie de distanta pana la membrana artificiala (Ps - interfata cu membrana; Pcs - presiunea partiala in curentul sanguin; CS = curent sanguin) - dupa KM. High, modificat.

Exista doua conceptii fundamentale in oxigenarea artificiala: oxigenarea cu bule de 02 (amestec direct) si prin membrana. Pe baza acestor principii s-au dezvoltat tehnologii pentru obtinerea a doua tipuri de oxigenatoare (cu bule si cu membrana).

Oxigenarea cu bule de oxigen

Oxigenatoarele cu bule sunt structurate pe doua componente functionale: - rezervor venos unde debitul din atriul drept si / sau vene cave intra intr-o camera de amestec cu 02. Sangele venos si bulele de 02 sunt in contact direct suficient timppentru a permite patrunderea 02 in hematii;

• rezervor arterial unde intra sangele oxigenat dupa indepartarea excesului de 02 si spuma pentru a fi preluat de inima artificiala si introdus in circulatia sistemica (fig. 2).

                 

Fig. 2. Principiul de functionare al oxigenatorului cu bule. Drenaj venos (DV), camera de amestec (CA), despumant(DS), rezervor arterial(RA), IA (inima artificiala), aorta (AO). Rezervorul venos (RV) este compus din DV, CA, DS. In interiorul acestei structuri este inclus si sistemul de racire / incalzire.

Marimea bulelor afecteaza rata de schimb dintre 02 si C02. Absorbtia din bulele de 02 va fi inhibata de cresterea P02 din sange.

In camera de amestec 02 este introdus prin culoare foarte mici pentru a creste suprafata totala a interfetei sange - 02. Acest sistem reuseste sa scada diametrul bulelor de gaz de la 100 µm la 10 µm, suprafata de schimb intr-un cm3 de gaz va creste de la 300 cm2 la 3 000 cm2 (fig. 3), ceea ce va permite ca transferul de C02 sa fie limitat. Se deduce ca amestecul 02 + C02 va determina o oxigenare mai buna fara a permite un exces de difuziune al CO.



Pentru o oxigenare corecta raportul dintre eliminarea de C02 si intrarea de 02 este de 0,8.

 

               

Fig. 3 Relatia dintre diametrul bulelor si suprafata interfetei de schimb (dupa KM High - modificat).

Controlul oxigenarii in acest sistem este mai complicat din cauza interactiunii si transportului de C02. Fenomenul este in contradictie cu plamanul natural si cu oxigenatoarele cu membrana la care schimburile independente in eliminarea de C02 se insotesc de modificarea debitului de gaz .

Cresterea debitului de 02 in oxigenatoarele cu bule va creste numarul de bule ceea ce va determina o marire a suprafetei de transfer, avand ca rezultat cresterea P02 in sange si crearea 'gazului inert”.

Oxigenarea artificiala prin membrana.

Oxigenator cu membrana

Elementul fundamental al acestui tip de oxigenator il constituie interpunerea unei membrane artificiale intre componenta gazoasa si cea lichidiana (sange) astfel ca schimbul se efectueaza fara a exista un amestec direct. Transferul  gazos depinde numai de difuziunea prin aceasta membrana, care este prevazuta cu micropori capabili de a selecta schimbul gazos transmembranal.

Structurile de membrana au fost concepute pe doua criterii: cu fibre escavate (hollow fiber) si plicaturate.

Fibrele sunt realizate din polipropilena si pot crea micropori cu dimensiuni mai mici de 1 micron ceea ce permite separarea componentei gazoase de cea fluida.

In interiorul acestor micropori exista o rezistenta minima la difuziune; aici se realizeaza practic schimbul gazos. In raport cu pozitia fazei sanguine fata de fibra exista doua tipuri de oxigenatoare:

- cu debit sanguin in afara fibrei (cross current)

- cu debit sanguin in interiorul fibrei (counter current).

Fig. 4 Clasificarea oxigenatoarelor cu membrana dupa raportul membranei cu micropori (MP) fata de debitul sanguin (DS) si debitul gazos (DG), HF = hollow -fiber

Pentru oxigenatoarele cu debitul sanguin in afara fibrei, acesta va cadea perpendicular pe fibre (cross current) sau in directia fibrelor. Pentru cele cu debitul sanguin in interiorul fibrelor, debitul de sange va fi in directie opusa debitului de gaz counter current (fig. 4).

Debitul sanguin cross current ofera avantajul inducerii unui debit secundar, iar cel counter current are avantajul de a diminua mult ocluzia fibrelor prin microtromboza.

Controlul oxigenarii sangelui este simplu si se realizeaza prin cresterea sau scaderea proportiei de 02 in amestecul gazos introdus in oxigenator.

Performantele oxigenatorului.

Cel mai simplu element de apreciere a performantei oxigenatorului este determinarea 02 si C02 transferate transmembranal.

Capacitatea de schimb a oxigenatorului poate fi usor determinata folosind contractiile din faza sanguina si din faza gazoasa.

In etapa sanguina transferul de gaz poate fi calculat pe baza principiului lui Fick ceea ce inseamna transferul de 02 in linia venoasa fata de linia arteriala.

Aceasta diferenta poate fi multiplicata cu debitul inimii artificiale si se obtine ecuatia:

V02 = DS (Ca - Cv)

in care VO2 reprezinta transportul de O2, DS - debitul sanguin al pompei, Ca - concentratia 02 in linia arteriala si Cv - concentratia 02 in linia venoasa.

In faza gazoasa a oxigenatorului, transferul transmembranal poate fi calculat rapid dupa aceleasi criterii ca pentru faza sanguina. Prin folosirea unui spectrofotometru se poate determina concentratia de gaz la intrarea si la iesirea din oxigenator. Diferenta multiplicata cu debitul total de gaz reprezinta transferul de 02

 V02 = DG (FiO2 -  FeO2)

in care V02 este diferenta la intrarea si la iesirea din oxigenator, DG - debitul total de gaz, FiO2 - fractiunea de 02 la intrarea in oxigenator, Fe02 - fractiunea de 02 la iesirea din oxigenator.

Din punct de vedere practic performanta oxigenatorului este supravegheata permanent prin monitorizarea 02 pe linia arteriala si venoasa.





Standardizarea transportului de gaze si a fluxului sanguin

Ca urmare a dezvoltarii chirurgiei cardiace, au aparut numeroase tehnologii de fabricare a oxigenatoarelor, fenomen ce a impus stabilirea unor standardizari ale performantei oxigenatoarelor si a parametrilor de functionare.

Prezentam in cele ce urmeaza standardizarile impuse de „American Association of Medical Instrumentation' (dupa J.W. Kirklin) .

Raportul C02 la debitul sanguin (C02 Reference Blood Flow) (fig. 5).

Fig. 5  Performanta oxigenatorului in transferul de O, (in vitro) (V- ventilatie, O - perfuzie) in urmatoarele conditii: sange bovin, Hb=12±1 g/ml SVO2=65±5 %; PvC02=45±5mmHg, FIOt = 100 %; BE = 0±5 mEq/l, Temperatura = 37±1 Co

Debitul sanguin de referinta (DSR) ('Reference Blood Flow'). Debitul recomandat de producator 6l / minut care obtine cea mai mica relatie a echilibrului sanguin de 02 si COr

Index de hemoliza (IH) (Index of Hemolysis). Cantitatea de hemoglobina plasmatica (mg) produsa in vitro de testele de leziune celulara la 100 ml debit sanguin prin circuit cu si fara oxigenator in sistem. Deci:

IH = HbpO2 - Hbp

Hbp02  - reprezinta hemoglobina plasmatica in circuitul cu oxigenator, iar Hbp - hemoglobina plasmatica in circuit fara oxigenator.

• Volumul de umplere initial (VUI) (Initial Priming Volume - IPV). Volumul static de sange (ml) pentru a umple faza sanguina a oxigenatorului care functioneaza la nivel minim.

Volumul maxim de lucru (Maximum operating Volume). Volumul de sange continut In oxigenator la nivelul maxim recomandat de producator pentru a obtine debit sanguin de referinta si debitul de referinta al 02

Volumul minim de lucru (Minjmum operating volume). Volumul de sange continut in oxigenator la nivelul minim recomandat de producator pentru a obtine debitul de referinta al 02 (fig. 6).

T° secunde pentru                         

 a atinge 100 ml volum                                                                              

                                                          Debit sanguin (l / min)

Fig. 6 Volumul minim de lucru la diferite debite sanguine

Interactiunea membranei artificiale cu sangele

Procesele biochimice care interactiveaza la nivelul membranei artificiale nu au explicatie clara in prezent dar sunt relativ bine stabilite pe baza studierii structurilor membranelor. Cand sangele intra in contact cu o suprafata straina proteinele se depun pe partea vasculara a membranei realizand o acoperire de aproximativ 50 A. Primele proteine care declanseaza acest proces sunt albuminele, fibrinogenul si globulinele. in contact cu suprafata artificiala aceste proteine sufera modificari structurale in functie de suprafata polimerilor.

La stratul de proteine modificat se adauga trombocitele si leucocitele deja sensibilizate la modificarile de structura ale proteinelor. Aceasta masa de proteine si trombocite poate fi cheag alb (fig. 7).

Baier descrie trei modificari de interfata: la nivelul texturii, de suprafata si biochimice

Suprafete neregulate mai mici de 1 micron nu afecteaza compatibilitatea cu sangele.

Caracteristicile chimice ale membranei artificiale pot influenta depunerea proteinelor exercitand indirect un efect antitrombogen.

In oxigenatoarele fara membrana bufele de gaz se pot acoperi cu un material compus din trombocite, material lipoid, proteine, hematii aglutinate, leucocite activate.

Aceste elemente pot declansa in circulatia sistemica substante active (serotonina, histamine, kinine, prostaglandine) care pot modifica permeabilitatea capilara si conditiile de perfuzie (vasoconstrictie, vasodilatatie).

                                       Fig. 7

                



loading...




Copyright © 2017 - Toate drepturile rezervate

Chimie




Proiect atestat tehnician chimist de laborator - indicatori de calitate al apelor uzate
PROIECT DIDACTIC Clasa: a VII-a Chimie - Reactii de schimb sau dubla inlocuire
Combustibilii proiect
Polietilena de inalta presiune
Legea electrolizei
TANTAL ( Ta )
Reactiile anionilor acetat, oxalat, azotat, silicat
ACIZI NUCLEICI (Bazele azotate, Nucleozidele, Nucleotidele)
CONTROLUL COMBUSTIBILILOR sau PERFORMANTA PRODUSELOR PENTRU CONSTRUCTII CU ROL IN SECURITATEA LA INCENDIU
Prepararea si titrarea unei solutii de H2SO4 0,05 N cu o solutie de NaOH de concentratie cunoscuta












loading...