Applicazioni ingegneristiche in ambito biomedico - Blocco 5

Lezione del 12 aprile 2022

Importanza dell'ossigenatore

L'ossigenatore sarà collegato anche allo scambiatore di gas medicali che devono avere una certa qualità e continuità. La circolazione è un supporto per la circolazione cardiaca e ha un tempo di durata molto lungo, è dunque necessario che il paziente sia costantemente monitorato. È una tecnica che deve tenere conto di tanti fattori, ridurre il volume di priming, evitare l'emolisi utilizzando le pompe.

Movimentazione del sangue

Dal punto di vista della funzionalità quello che ci preoccupa è movimentare il sangue in modo corretto. Le pompe centrifughe sono meno invasive rispetto alla pompa roller. Nei trattamenti che richiedono una sostituzione della funzione cardiaca importante, si potrebbero usare le pompe roller perché hanno una prevalenza elevata. (Uso centrifughe per trattamenti molto prolungati).

La pompa porta fino a 8 L al minuto ma si deciderà di utilizzare portate più basse. L'elemento cruciale dell'ECMO è il sistema di ossigenazione, che deve funzionare per tempi molto lunghi quindi abbiamo bisogno di un sistema che tratti bene il sangue senza attivare il complemento.

Sviluppo degli ossigenatori

Gli ossigenatori iniziali erano basati su membrane piane e sono stati sostituiti con quelli a fibre cave. Le prime membrane sono state sviluppate con polimeri a base di silicone, che è però molto trombogenico. Ci si è poi spostati su materiali come il polimetilpentene che interagisce meglio con gli elementi del sangue. La disposizione è passata da membrane piane a fibre cave, la macchina deve diminuire il volume di priming, essere più compatta.

La forma è diversa da quella della circolazione extracorporea, è più compatta e può mescolare il sangue del paziente, il gas che deve fornire lo scambiatore e il liquido che deve controllare la temperatura.

Geometria e scambio dei fluidi

La disposizione dei movimenti dei fluidi è perpendicolare tra di loro, sangue orizzontale. Si ha una geometria di tipo tridimensionale, cercando di avere il maggior scambio con minor superficie e minor volume di priming. L'ossigenatore deve fornire una performance diversa a seconda della taglia del paziente.

Scambi gassosi

Per gli scambi abbiamo bisogno di fornire ossigeno e quindi bisogna fare in modo che l'ossigeno passi direttamente nel sangue per saturare l'emoglobina che entra nell'ossigenatore. Per quanto riguarda l'ossigeno, abbiamo una grossa differenza di pressione, la rimozione di CO₂ avverrà perché nel liquido che infondiamo non sarà presente la CO₂.

Materiali e permeabilità

I diversi materiali hanno permeabilità diverse per ossigeno e fanno passare diverse quantità di ossigeno.