В мембранном оксигенаторе газовая и жидкая среды разделены мембраной. Перенос газов зависит от условий по обе стороны, эффективной поверхности и характера потока. Встроенный теплообменник, если он предусмотрен, выполняет отдельную задачу управления теплопередачей.
Устройство и принцип действия
В полуволоконном оксигенаторе кровь и газ движутся по разным пространствам. Мембранная поверхность создаёт большую площадь контакта без прямого смешивания сред. Газообмен зависит от градиентов парциального давления и сопротивления переносу. Важны не только свойства полимера, но и распределение потоков, состояние поверхности, температура и состав крови на входе. Поэтому одна площадь мембраны не служит универсальным показателем эффективности.
Мембранный оксигенатор обеспечивает обмен кислорода и углекислого газа между кровью и газовой средой через разделяющую мембрану. Он работает внутри экстракорпорального контура, но его характеристики нельзя отождествлять с возможностями всей системы ЭКМО. Насос создаёт движение крови, магистрали и канюли определяют часть гидравлического сопротивления, а оксигенатор отвечает за газоперенос в пределах предусмотренной конструкции. В интегрированном модуле несколько функций объединены в одном корпусе, однако анализировать их необходимо раздельно.
Для врача и медицинского инженера особенно важно различать три вопроса: какой поток допускает изделие, сколько газа оно переносит при заданных условиях и какой перепад давления возникает на кровяном тракте. Ответ на один вопрос не заменяет остальные. Большой допустимый расход крови не является доказательством достаточного переноса кислорода во всех клинических ситуациях. Низкое сопротивление также не описывает способность мембраны удалять углекислый газ.
Перепад давления на оксигенаторе — разность показаний перед и после соответствующего участка. Он зависит от расхода и свойств крови, поэтому одинаковое числовое значение при разных расходах не означает одинакового состояния. Для тренда нужно знать, что именно измеряется, где расположены датчики и менялась ли конфигурация. В интегрированной системе внутренний датчик может находиться между насосом и газообменным блоком.
Оксигенатор обеспечивает газообмен через мембрану. Насос формирует движение крови, а теплообменная часть участвует в температурном обеспечении. Резервуары и другие элементы выполняют собственные функции в зависимости от схемы. Аппарат не становится полноценным рабочим местом только потому, что насосная головка вращается и экран включён.
Аппарат искусственного кровообращения — оборудование для управления экстракорпоральным движением крови в составе перфузионной системы. В предусмотренных условиях такая система временно выполняет функции циркуляции и газообмена, необходимые при соответствующих вмешательствах. Насосная консоль работает вместе с оксигенатором, трубками, резервуарами, измерительными каналами и другими разрешёнными компонентами. Поэтому название аппарата не следует сводить к одному насосу.
Объём заполнения важен при планировании всей экстракорпоральной системы. Помимо оксигенатора в объём входят магистрали, насосный участок и другие предусмотренные компоненты. Сравнение только корпуса может скрыть увеличение объёма соединений в другой конфигурации. Особенно важно избегать формулировки «минимальный объём системы», если производитель сообщил лишь объём отдельного модуля.
Переход через мембрану при постоянной проницаемости
В простой линейной модели коэффициент переноса вместе с площадью равен 0,8 в согласованных единицах. Меняется только разность концентраций на двух сторонах.
В этом примере на горизонтальной оси отложен показатель «Разность концентраций, усл. ед.», на вертикальной — «Скорость переноса, усл. ед.». Для первой точки исходная величина равна 0, расчётный результат — 0. Для точки 2 получаем 1,6. Последняя пара значений — 4 и 3,2. Все подписи относятся к одной модели и к единицам, приведённым на осях.
| Разность концентраций, усл. ед. | Скорость переноса, усл. ед. |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 0,8 |
| 2 | 1,6 |
| 3 | 2,4 |
| 4 | 3,2 |
Реальное распределение вдоль мембраны неравномерно. График относится к локальному допущению и не задаёт режим терапии.
Применение и ограничения
В стендовом опыте отдельно сохраняют команду приводу, состояние тракта и независимое наблюдение на выходе. Для сравнения задают общее начало интервала и учитывают переходный период. Если после изменения конфигурации итоговое количество совпало, это ещё не означает одинаковой непрерывности процесса. Рассматривают также временную форму движения и промежуточные события.
Пример из практики
Пример оборудования · Оксигенатор Terumo CAPIOX FX15 с резервуарами R30 или R40
FX15 — мембранный оксигенатор с теплообменником и интегрированным артериальным фильтром. Рабочая площадь газообменной мембраны около 1,5 м², статический объём заполнения самого оксигенатора — 144 мл. При подборе для детской перфузии учитывают расчётный кровоток и состав всей системы: предельный поток зависит от исполнения жёсткого венозного резервуара.
Оксигенатор Terumo CAPIOX FX15 с резервуарами R30 или R40
Пример оборудования · Неонатальный оксигенатор Terumo CAPIOX FX05 с артериальным фильтром
В CAPIOX FX05 газообменный блок, теплообменник и артериальный фильтр объединены в одном оксигенаторе для малых потоков. Статическое заполнение блока составляет 43 мл. Эта величина особенно значима при формировании неонатального контура: её суммируют с объёмами магистралей и других элементов, а не принимают за общее заполнение всего перфузионного контура.
Неонатальный оксигенатор Terumo CAPIOX FX05 с артериальным фильтром
Связь с другими технологиями
Роликовый насос в экстракорпоральном контуре
Роликовый насос перемещает содержимое гибкой трубки за счёт последовательного пережатия. Связь между оборотами и подачей определяется геометрией установленной трубки и условиями окклюзии. Измеренный поток и расчётное показание по вращению привода требуют различать.
Центрифужный насос и рабочая точка перфузионного контура
Центрифужный насос сообщает жидкости энергию при вращении рабочего колеса. При одной скорости вращения поток может меняться из-за сопротивления схемы и давления на входе и выходе. Поэтому скорость привода не является универсальным непосредственным измерением кровотока.
Как интерпретировать наблюдение
Пример оборудования · Аппарат искусственного кровообращения Terumo Advanced Perfusion System 1
При установке Electronic Patient Gas System перфузиолог получает управление газовым потоком и долей кислорода для оксигенатора. Для предусмотренной конфигурации описаны диапазоны потока до 10 л/мин и FiO₂ от 21 до 100 процентов. Эти параметры относятся к подаваемому газу. Их нельзя интерпретировать как непосредственно измеренное содержание кислорода в крови пациента. Для оценки крови используют предусмотренные клинические и лабораторные данные либо совместимую систему мониторинга. Газовый модуль, оксигенатор и средство измерения показателей крови поэтому отражают в перечне по отдельным функциям.
Аппарат искусственного кровообращения Terumo Advanced Perfusion System 1
Пример оборудования · Оксигенатор Terumo CAPIOX FX25 для взрослого перфузионного контура
Для оксигенатора FX25 статическое заполнение составляет 260 мл. У жёсткого резервуара в приведённом классическом исполнении вместимость 4000 мл, а минимальный рабочий уровень 200 мл. Верхний предел потока по венозному и суммарному трактам достигает 7 л/мин, тогда как для кардиотомного входа указан максимум 5 л/мин. Поэтому при проектировании контура уточняют, к какому именно входу относится сравниваемое значение.
Оксигенатор Terumo CAPIOX FX25 для взрослого перфузионного контура
Теплообменник в контуре искусственного кровообращения
Теплообменник передаёт энергию между двумя разделёнными средами. Температура управляющей среды не тождественна температуре жидкости на выходе из кровяного тракта. Состояние потока и положение контрольного датчика определяют смысл каждой зарегистрированной отметки.
Артериальный фильтр и удаление газовых включений из перфузионного тракта
Артериальный фильтр располагают в предусмотренной позиции экстракорпоральной схемы и используют для задержания определённых включений. На прохождение жидкости влияют сопротивление и геометрия фильтра. Контроль пузырьков и непосредственная фильтрация являются разными защитными звеньями.
Сравнение смежных понятий
| Понятие | Что оно описывает |
|---|---|
| Мембранный газообмен в оксигенаторе | В мембранном оксигенаторе газовая и жидкая среды разделены мембраной. |
| Роликовый насос в экстракорпоральном контуре | Роликовый насос перемещает содержимое гибкой трубки за счёт последовательного пережатия. |
| Центрифужный насос и рабочая точка перфузионного контура | Центрифужный насос сообщает жидкости энергию при вращении рабочего колеса. |
Мембранный оксигенатор как отдельный функциональный узел
Здесь рассматривается техническое чтение характеристик, а не подбор лечебных настроек. Применимость конкретного изделия, продолжительность использования и допустимую конфигурацию определяют по действующей инструкции для соответствующей страны и исполнения. Например, американская инструкция HLS Set Advanced G-660 относится к конкретному назначению кардиопульмонального обхода; её ограничения нельзя автоматически переносить на любую международную комплектацию ЭКМО.
Как устроен путь переноса газа
Газ, прошедший через аппарат, и кровь, покидающая его, характеризуют разные стороны процесса. Измерение кислорода после оксигенатора показывает состояние выходной крови, но само по себе не определяет количество кислорода, добавленного за минуту. Для этого нужно учитывать поток и изменение содержания кислорода между входом и выходом. Аналогично оценка удаления CO₂ требует понимания, какие величины и каким методом измерялись.
Кровь, уже относительно хорошо насыщенная кислородом на входе, может получить меньше дополнительного кислорода, чем кровь с иными исходными характеристиками. Это не обязательно означает худшее устройство. Сравнение без входных условий смешивает свойства аппарата с условиями испытания. В клиническом контуре к этому добавляются особенности возврата крови и циркуляции пациента, которые вообще не входят в паспортную кривую отдельного модуля.
Перепад давления и гидравлическое сопротивление
Рост перепада при сопоставимых условиях требует оценки, но не является самостоятельным диагнозом тромбоза. На картину влияют поток, температура, вязкость, измерительные ошибки и состояние тракта. Одновременно рассматривают газообмен, видимые изменения, тревоги и клинические данные. Решение о замене модуля принимается по применимой инструкции и протоколу, а не по универсальному числу из обзорной статьи.
Важно отличать перепад на мембранном блоке от напора насоса. Насосная характеристика описывает связь расхода, давления и скорости вращения при заданных условиях. Перепад на оксигенаторе описывает сопротивление конкретного участка. Если вместо одного графика использовать другой, можно ошибочно приписать оксигенатору возможности насоса или недооценить сопротивление остальных элементов контура.
Подробнее: Мембранный оксигенатор: газоперенос, перепад давления и сопоставление рабочих кривых
Оксигенатор Terumo CAPIOX FX15 с резервуарами R30 или R40
Сравнение R30 и R40
R30 вмещает 3000 мл и рассчитан на диапазон 0,5–4 л/мин. Для R40 указаны вместимость 4000 мл и диапазон 0,5–5 л/мин. В сопоставительной спецификации классических FX минимальный рабочий уровень составляет 70 мл для R30 и 200 мл для R40. Это значения резервуара, а не объём заполнения мембранного блока. Для выбора магистрали также учитывают отличающиеся венозные входные патрубки.
Подробнее: Оксигенатор Terumo CAPIOX FX15 с резервуарами R30 или R40
От консоли к законченной системе
Консоль содержит средства управления насосами и предусмотренные функции безопасности. К ней подключают совместимые измерительные каналы и принадлежности. Одноразовая часть формирует путь крови и включает компоненты, выбранные для конкретной задачи. Газовая и температурная инфраструктура обеспечивают работу соответствующих модулей.
В операционной системе может быть несколько насосных каналов, выполняющих различные предусмотренные функции. Их наличие и организация зависят от конфигурации. Не следует считать, что каждый канал является одинаковой копией основного кровяного насоса. Назначение, подключение и логика управления должны быть ясно обозначены и соответствовать рабочей схеме.
Планируется замена оксигенатора на аналогичный
Сходство назначения не подтверждает взаимозаменяемость в конкретной сборке. Проверяют техническую документацию, соединения, характеристики и требования системы. Изменение компонента может затронуть крепление, измерения и организацию контура. Решение должно быть согласовано профильными специалистами, а не приниматься только по наличию товара на складе.
2. Совместимость одноразовой системы
Составляют перечень разрешённых насосных сегментов, головок, оксигенаторов, резервуаров и принадлежностей. Для каждого исполнения важны назначение, соединения и условия применения. Одинаковый диаметр трубки не описывает все её свойства и не подтверждает пригодность для конкретной насосной головки.
Отдельно рассматривают снабжение и прослеживаемость. В операционной программе необходимо иметь точный учёт комплектов и понятное различение вариантов. Если расходные материалы поставляются несколькими организациями, ответственность за подтверждение совместимости должна оставаться однозначной. Нельзя заменять документированную конфигурацию устным утверждением о привычной практике.
Подробнее: Аппарат искусственного кровообращения: устройство перфузионной системы
Перфузионные магистрали и аппаратная часть
Для перфузионного комплекта уточняют конфигурацию линий, соединения и совместимость с аппаратной системой. В материалах Getinge набор магистралей рассматривается как часть цепочки между операционным полем и компонентами аппарата искусственного кровообращения. Поэтому выбирать его только по диаметру отдельной трубки недостаточно.
Согласуют все обязательные элементы, дополнительные линии и предусмотренные контрольные компоненты. Условия работы и ограничения берут из документации конкретной системы. Нельзя переносить характеристики одного элемента на весь контур. Изменение компонента требует оценки полной конфигурации ответственными специалистами, а не только проверки возможности соединения.
Систему описывают по функции каждого элемента
В перфузионной системе различают магистрали, насосные элементы, резервуары, оксигенатор и предусмотренные средства контроля. В эндоваскулярном наборе — доступ, проводник, катетер и рабочее изделие. Эти группы не взаимозаменяемы; общим является принцип проверки соединённой конфигурации. Название одного центрального компонента не определяет состав всего рабочего комплекта.
Подробнее: Перфузионные и эндоваскулярные системы: совместимость всей инструментальной цепочки
Аппарат искусственного кровообращения LivaNova Stöckert S5
Оксигенатор, газовая смесь и температурный контроль
Газообмен в экстракорпоральном контуре обеспечивает подключённый оксигенатор. Консоль и насосы отвечают за другую часть процесса. Для отделения из этого следует вполне практический вопрос: какие оксигенаторы, резервуары, трубки, держатели и соединительные элементы будут доступны к моменту ввода рабочего места в эксплуатацию. Их совместимость рассматривают вместе ещё до утверждения обеих частей заказа.
Подробнее: Аппарат искусственного кровообращения LivaNova Stöckert S5
По теме в энциклопедии
- Роликовый насос в экстракорпоральном контуре
- Центрифужный насос и рабочая точка перфузионного контура
- Теплообменник в контуре искусственного кровообращения
- Мембранный оксигенатор: газоперенос, перепад давления и сопоставление рабочих кривых
- Аппарат искусственного кровообращения: устройство перфузионной системы