Способ обработки биологических жидкостей

 

Изобретение относится к медицине и обеспечивает расширение возможностей контактной обработки крови для повышения устойчивости форменных элементов к действию неблагоприятных факторов. Способ осуществляется с помощью устройства, которое содержит смесительную камеру для контакта крови и перфтордекалина, последовательно соединенную с гравитационным фракционатором крови, предназначенным для эффективной очистки крови от примеси перфтлоруглерода. Контактное пространство камеры заполняют пористым наполнителем, в котором имеется большое количество каналов для протока крови, причем контактное пространство отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения и сбора обрабатываемой крови. Обработку ведут в следующей последовательности: контактное пространство предварительно заполняют перфтордекалином, его излишки из крупных пор наполнителя вытесняют потоком воздуха или кислорода, после чего пропускают поток обрабатываемой крови, причем величину минимального капиллярного давления жидкости в порах наполнителя задают в 2,5-3 раза ниже, чем давление вытесняющего газа, и в 1,5-2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови. Технический результат состоит в исключении попадания в сосудистое русло перфторуглеродного соединения, например перфтордекалина, упрощении процесса обработки крови и повышении надежности работы соответствующих устройств. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам обработки биологических жидкостей и может быть использовано в медицине для защиты (протекции) форменных элементов от цитолиза при экстракорпоральном воздействии на кровь неблагоприятных факторов искусственного кровообращения и других методов эфферентной терапии, а также для обработки лимфы, ликвора и других биологических жидкостей.

Известны способы и устройства для обработки венозной крови перфторуглеродным соединением, например, перфтордекалином для насыщения ее кислородом, при котором проявляется и гемопротекторный эффект [1], [2].

Недостатками способа обработки крови перфтордекалином является то, что авторы предлагают для снижения (но не полного исключения) заноса перфторуглерода в кровь использовать лабиринтную ловушку, которая представляет собой несколько вертикальных отсеков в выходном отделе камеры взаимодействия крови и перфторуглерода. Этот способ, к сожалению, полностью не устраняет смертельной опасности попадания (пусть и в малых количествах) неэмульгированного перфторуглерода /перфтордекалина/ в сосудистое русло. Поэтому решение задачи клинического использования перфторуглерода лежит не в плоскости снижения его заноса в кровь, а в полном исключении такой возможности.

Наиболее близким по сущности является способ обработки биологических жидкостей, например крови, путем ее контакта с перфтордекалином, осуществляемой в ограниченном пространстве смесительной камеры, частично или полностью заполненном пористым наполнителем [3].

Этот способ и устройство также предназначены для оксигенации крови, а для использования защитного эффекта обработки крови перфторуглеродом нет необходимости вводить в устройство кислород, и сама конструкция может быть значительно упрощена.

Положительный результат данного изобретения заключается в расширении возможностей способа контактной обработки крови для повышения устойчивости форменных элементов к действию различных неблагоприятных факторов, исключении попадания в сосудистое русло перфтордекалина, упрощении процесса обработки крови и повышении надежности работы соответствующих устройств.

Этот результат достигается тем, что способ обработки биологических жидкостей ведут в следующей последовательности: контактное пространство смесительной камеры, последовательно соединенной с гравитационным фракционатором крови, подключенным посредством магистрали к штуцеру вывода крови и содержащим роторную камеру с возможностью регулировки скорости вращения ротора с пульта управления от 100 до 1000 об/мин, предварительно заполняют перфторуглеродной жидкостью, ее излишек из крупных пор наполнителя вытесняют потоком воздуха или кислорода, после чего пропускают поток обрабатываемой крови, причем величину минимального капиллярного давления жидкости в порах наполнителя задают в 2,5-3 раза ниже, чем давление вытесняющего газа, и в 1,5-2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови.

Обработку проводят в контактном пространстве смесительной камеры при объемной скорости потока крови до 500 мл/мин.

Пористый наполнитель изготовлен из гидрофобного и атромбогенного материала /например, из политетрафторэтилена/, смачиваемого жидкостью, с помощью которой осуществляется обработка. В качестве наполнителя используют блок из пористого материала. Размер пор вещества пористого наполнителя выбирают в диапазоне от 2 до 40 мкм.

Описываемый способ осуществляется с помощью устройства, которое содержит смесительную камеру для контакта крови и перфтордекалина, соединенную со штуцерами для ввода и вывода потока обрабатываемой крови, контактное пространство камеры заполнено пористым наполнителем, в котором имеется большое количество каналов для протока крови, причем контактное пространство отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения потока обрабатываемой крови по сечению контактного пространства и для сбора обработанной крови. Контактное пространство смесительной камеры устройства может быть заполнено пористым материалом в виде блока. Его получают, например, из политетрафторэтилена по известной методике путем спекания порошка, размола, фракционирования и повторного спекания отобранной фракции.

В предлагаемом способе обработки крови для повышения устойчивости ее форменных элементов к неблагоприятным факторам длительного экстракорпорального кровообращения обрабатывающий перфтордекалин прочно удерживается на активной поверхности и в мельчайших порах наполнителя, материал которого по отношению к этой жидкости имеет химическое сродство и поэтому является смачиваемым. Так как перфтордекалин в устройстве находится в связанном с поверхностью наполнителя состоянии (образует на молекулярном уровне жидкостную выстилку поверхности), это исключает механический занос перфторуглерода в поток крови. С другой стороны, применение пористого наполнителя с большим количеством микроканалов для протока крови обеспечивает значительную поверхность контакта крови и перфторуглерода, благодаря чему существенно сокращается объем контактного пространства всей камеры и соответственно объем первичного заполнения устройства.

Таким образом, выбор вещества пористого наполнителя должен быть обусловлен одним главным критерием - перфторуглеродная жидкость должна смачивать его. Определяющим условием при выборе вещества пористого наполнителя является соотношение между величиной минимального капиллярного давления в его порах и величиной рабочего давления обрабатываемой крови. Как известно, величина капиллярного давления в порах описывается следующим уравнением: где Рк - капиллярное давление, δ - поверхностное натяжение, Θ - краевой угол смачивания, r - радиус пор (также и величина зазора между слоями мембраны).

Следовательно, задавая величину рабочего давления потока обрабатываемой крови, можно, пользуясь формулой, рассчитать параметры и процесса, и необходимых материалов.

Для надежного предупреждения попадания перфтордекалина в кровеносное русло смесительная камера устройства последовательно соединена с гравитационным фракционатором крови, в котором осуществляется окончательное и полное очищение крови от возможной примеси этого вещества. Гравитационный метод очищения крови от перфторуглерода является наиболее эффективным и надежным, т. к. основан на использовании разности удельного веса крови и перфторуглерода.

На чертеже показана схема смесительной камеры устройства для обработки крови перфтордекалином, последовательно соединенной с гравитационным фракционатором крови.

Так как перфтордекалин смачивает используемое вещество пористого наполнителя 1 смесительной камеры 2, она проникает во все поры, даже мельчайшие. Для образования каналов, по которым должна двигаться обрабатываемая кровь, избыток перфторуглерода вытесняют из наиболее крупных пор наполнителя. Для этого в контактное пространство подают воздух или кислород под давлением, в 2,5-3 раза превышающем минимальное капиллярное давление обрабатывающей жидкости в порах и каналах. При такой обработке перфтордекалин остается лишь в мельчайших порах и, в виде молекулярной пленки, на активной поверхности наполнителя.

Входной штуцер 3 смесительной камеры 2 имеет клапан 4, предупреждающий обратный ток крови. Контактное пространство камеры отделено от штуцеров коллекторами для равномерного распределения потока обрабатываемой крови по сечению контактного пространства 5 и для сбора обработанной крови 6. Выходной штуцер смесительной камеры 7 соединяют магистралью 8 с входным штуцером 9 гравитационного фракционатора крови, который имеет роторную камеру 10, выходной штуцер 11 для крови, очищенной от перфторуглерода, и панель управления 12, которой регулируют скорость вращения ротора от 100 до 1000 об/мин.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Перед началом обработки смесительную камеру заполняют перфтордекалином. Через некоторое время (3-5 минут), которое необходимо для полного пропитывания вещества пористого наполнителя, избыток перфтордекалина (ту часть, которая заполняет внутрикапиллярное пространство) вытесняют, как указано ранее. Входной штуцер смесительной камеры соединяют с венозной магистралью, а выходной - с артериальной магистралью аппарата экстракорпорального кровообращения или с магистралями аппаратов для проведения эфферентной терапии.

Обработку крови перфтордекалином начинают сразу после начала экстракорпорального кровообращения. Объемную скорость потока крови через устройство до 500 мл/мин регулируют насосом. Время обработки соответствует длительности экстракорпорального кровообращения, что позволяет провести неоднократную обработку всего объема циркулирующей крови (точное количество крови, обработанной перфтордекалином, будет определяться объемом циркулирующей крови конкретного пациента и временем обработки).

Конструктивные особенности и низкая объемная скорость потока крови через устройство полностью исключают вынос перфторуглерода в кровеносное русло, что доказано методом газовой хроматографии.

Пример 1. Контактное пространство камеры заполняют блоком из пористого политетрафторэтилена, полученного путем повторного спекания фракции частиц диаметром 2,5-3 мм. Высота контактного пространства - 100 мм, диаметр - 40 мм. Камеру предварительно откачивали и затем насыщали перфтордекалином. Избыток вещества вытесняли потоком воздуха под давлением 150 мм рт. ст., т.к. рабочее давление крови выбрано ~ 70-75 мм рт.ст. Затем через устройство пропускали поток крови с объемной скоростью до 500 мл/мин.

Пример 2. Апробацию также прошел опытный образец со следующими параметрами: цилиндрической формы камера для обработки крови перфтордекалином емкостью 150 мл с входным и выходным штуцерами и гравитационный фракционатор крови с объемом роторной камеры 150 мл. В камеру помещали политетрафторэтиленовую пластину, причем одна ее сторона имела гладкую поверхность, а другая - мелкоребристую. Направление ребер совпадало с направлением потока крови, и поэтому пластина, свернутая в рулон, образовала большое количество микроканалов (диаметром 0,2 мм), предназначенных для прохождения крови. Кроме того, в камере находился и перфтордекалин, но только в связанном с политетрафторэтиленом состоянии, образуя жидкостную выстилку на поверхности микрокапилляров. После заполнения контактного пространства устройства перфтордекалином его избыток из указанных каналов вытесняли с помощью потока воздуха или кислорода, поступающего под давлением, примерно в два раза превышающем рабочее давление потока обрабатываемой крови.

В ходе апробации устройства в стендовых условиях отработан оптимальный режим его работы (объемная скорость перфузии крови через устройство до 500 мл/мин), который позволяет эффективно проводить обработку крови перфтордекалином, исключая при этом вынос вещества за пределы самого устройства.

Проведение вено-венозной перфузии с экстракорпоральной обработкой крови перфтордекалином в описываемом устройстве в остром эксперименте на животных (собаках, n= 7) показало высокую эффективность выбранного режима обработки: общевитальные функции животных как в период проведения эксперимента, так и после выведения из наркоза достоверно не отличались от таковых у собак контрольной группы; в образцах крови, которые забирали на выходе из устройства через каждые 15 минут эксперимента (общая длительность опыта составляла 60 минут), примеси перфтордекалина обнаружено не было.

Устройство для обработки крови перфторуглеродом успешно апробировано и в клинических условиях при операциях на открытом сердце. Экстракорпоральная обработка крови проведена у 17 пациентов.

Таким образом, как показано выше, эффект способа обработки биологических жидкостей заключается в следующем: - обработка крови перфтордекалином во время экстракорпорального кровообращения позволяет существенно повысить устойчивость форменных элементов к действию различных неблагоприятных факторов; - достоверно повышается кислотная резистентность эритроцитов, снижается интенсивность процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран, значительно уменьшается гемолиз; - при морфологическом исследовании определяются минимальные патологические изменения структуры клеток крови; - экстракорпоральная обработка крови перфтордекалином во время операций на открытом сердце позволяет существенно уменьшить (до 40%) объем гемотрансфузий, что благоприятно сказывается на течении раннего послеоперационного периода; - учитывая высокую стоимость компонентов донорской крови, а также риск развития гемотрансфузионных реакций и осложнений, использование способа обработки биологических жидкостей перфтордекалином при операциях на открытом сердце является экономически выгодным, позволяет существенно снизить себестоимость оперативного вмешательства.

Источники 1. SU 766602 А, 30.09.1980.

2. SU 1217419 А, 15.03.1986.

3. SU 1695932 А1, 07.12.1991.

Формула изобретения

1. Способ обработки биологических жидкостей, например, крови путем ее контакта с перфтордекалином, осуществляемой в ограниченном пространстве смесительной камеры, частично или полностью заполненном пористым наполнителем, отличающийся тем, что обработку ведут в следующей последовательности: предварительно заполняют контактное пространство смесительной камеры, последовательно соединенной с гравитационным фракционатором крови, подключенным посредством магистрали к штуцеру вывода крови и содержащим роторную камеру с возможностью регулировки скорости вращения ротора с пульта управления от 100 до 1000 об/мин перфтордекалином, выбирают рабочее давление потока обрабатываемой крови, в контактное пространство смесительной камеры под давлением подают поток воздуха или кислорода, а затем пропускают поток обрабатываемой крови, при этом величину минимального капиллярного давления перфтордекалина в порах наполнителя задают в 2,5-3 раза ниже, чем давление потока воздуха или кислорода, и в 1,5-2 раза ниже рабочего давления потока обрабатываемой крови.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку проводят в контактном пространстве смесительной камеры при объемной скорости потока крови до 500 мл/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пористого наполнителя используют политетрафторэтилен.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что размер пор вещества пористого наполнителя выбирают в диапазоне от 2 до 40 мкм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют неэмульгированный перфтордекалин.

РИСУНКИ

Рисунок 1