ES2335680T3 - Sistema y metodo para oxigenar sangre. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo para supersaturar con gas un fluido incluyendo: un suministro de fluido (400); una cámara (410) que tiene una primera entrada, una segunda entrada, una tercera entrada y una salida (402); un suministro de gas (412) acoplado para distribuir gas a la primera entrada de la cámara; un conjunto de pistón (418) acoplado para recibir fluido del suministro de fluido (400) y para distribuir el fluido a la segunda entrada y la tercera entrada de la cámara (410); una boquilla (411) acoplada a la tercera entrada de la cámara (410), suministrando la boquilla (411) el fluido desde el conjunto de pistón (418) a la cámara (410); una primera válvula acoplada a la salida (402) de la cámara (410), estando acoplada la primera válvula a un conjunto accionador (432) para controlar la distribución de fluido supersaturado con gas desde la cámara (410); y una segunda válvula acoplada a la segunda entrada, estando acoplada la segunda válvula a un conjunto accionador (432) para controlar la dilución durante la creación de fluido supersaturado con gas dentro de la cámara (410).
Description
Sistema y método para oxigenar sangre.
La presente invención se refiere en general a un
sistema y método para oxigenar sangre, y más en particular, a un
sistema para administrar la sangre oxigenada, por ejemplo, sangre
hiperoxémica o hiperbárica, a un paciente.
El oxigeno es un nutriente crucial para las
células humanas. El daño de las células puede deberse a carencia de
oxigeno durante periodos de tiempo incluso breves, lo que puede dar
lugar a disfunción o fallo de órganos. Por ejemplo, las victimas de
ataque cardiaco y apoplejia experimentan obstrucciones o
desviaciones del flujo sanguíneo que evitan que el oxigeno se
distribuya a las células de tejidos vitales. Sin oxígeno, el corazón
y el cerebro se deterioran progresivamente. En casos severos se
produce muerte por fallo completo del órgano. Los casos menos
severos implican típicamente hospitalización costosa, tratamientos
especializados y rehabilitación prolongada.
Los niveles de oxígeno en sangre pueden ser
descritos en términos de la concentración de oxígeno que se
lograría en una solución saturada a una presión parcial dada de
oxígeno (pO_{2}). Típicamente, para sangre arterial, los niveles
normales de oxígeno en sangre (es decir, normoxia o normoxemia) son
del rango de 12-14,7 kPa (90-110 mm
Hg). La sangre hipoxémica (es decir, hipoxemia) es sangre arterial
con un pO_{2} inferior a 124 kPa (90 mm Hg). La sangre hiperóxica
(es decir, hiperoxemia o hiperoxia) es sangre arterial con un
pO_{2} superior a 534 KpA (400 mm Hg) (véase Cason y colaboradores
(1992) Effects of High Arterial Oxygen Tension on Function, Blood
Flow Distribution, and Metabolism in Ischemic Myocardium,
Circulation, 85(2):828-38, pero
inferior a 1014 KpA (760 mm Hg) (véase Shandling y colaboradores
(1997) Hyperbaric Oxygen and Thrombolysis in Myocardial Infarction:
The "HOT MI" Pilot Study, American Heart Journal 134
(3):544-50). La sangre hiperbárica es sangre
arterial con un pO_{2} superior a 1014 KpA (760 mm Hg). La sangre
venosa tiene típicamente un pO_{2} inferior a 124 PA (90 mm Hg).
En el adulto medio, por ejemplo, los niveles normales de oxígeno en
sangre venosa son del rango general de 5 kPa (40 mm Hg) a 9 kPa (70
mm Hg).
Los niveles de oxígeno en sangre también podrían
ser descritos en términos de niveles de saturación de hemoglobina.
Para sangre arterial normal, la saturación de hemoglobina es
aproximadamente 97% y varía solamente ligeramente a medida que
aumentan los niveles de pO_{2}. Para sangre venosa normal, la
saturación de hemoglobina es aproximadamente 75%.
En pacientes que padecen infarto de miocardio
agudo, si el miocardio es privado de los niveles adecuados de
sangre oxigenada durante un período de tiempo prolongado, se puede
producir daño irreversible del corazón. Cuando el infarto se
manifiesta en un ataque al corazón, las arterias coronarias no
logran proporcionar un flujo adecuado de sangre al músculo
cardiaco.
El tratamiento de infarto de miocardio agudo o
isquemia de miocardio a menudo incluye realizar angioplastia o
implante de stents en los vasos para comprimir, cortar o tratar de
otro modo la(s) oclusión(es) dentro de las paredes de
vasos. Por ejemplo, una angioplastia exitosa usa un globo para
aumentar el tamaño de la abertura del vaso para permitir un flujo
incrementado de sangre.
Incluso con el tratamiento exitoso de vasos
ocluidos, todavía puede existir un riesgo de lesión de tejido.
Durante la angioplastia coronaria transluminal percutánea (PTCA), el
tiempo de inflado del globo es limitado por la tolerancia del
paciente a la isquemia producida por el bloqueo temporal de flujo de
sangre a través de un vaso durante el inflado del globo. También se
puede producir lesión por reperfusión, por ejemplo, debido a
reflujo coronario lento o ausencia de reflujo posterior a la
angioplastia.
Para algunos pacientes los procedimientos de
angioplastia no son una opción atractiva para el tratamiento de
vasos bloqueados. Tales pacientes se encuentran típicamente en un
mayor riesgo de isquemia por razones tales como pobre función
ventricular izquierda, tipo y posición de la lesión, o la cantidad
del miocardio en riesgo. Las opciones de tratamiento para tales
pacientes incluyen así procedimientos más invasivos como cirugía de
bypass coronario.
Para reducir el riesgo de lesión de tejido
asociado típicamente con tratamientos de infarto de miocardio agudo
e isquemia de miocardio, es deseable por lo general distribuir
sangre oxigenada o fluidos enriquecidos con oxígeno a tejidos en
riesgo. La lesión del tejido se minimiza o evita por la difusión del
oxígeno disuelto de la sangre o fluidos al tejido y/o perfusión de
sangre que quita metabolitos y que proporciona otros nutrientes
químicos.
En algunos casos, el tratamiento deseado de
infarto de miocardio agudo e isquemia de miocardio incluye perfusión
de sangre oxigenada o fluidos enriquecidos con oxígeno. Durante
PTCA, por ejemplo, el tiempo tolerado de inflado del globo se puede
incrementar por la introducción concurrente de sangre oxigenada a la
arteria coronaria del paciente. Los niveles incrementados de
oxígeno en sangre también pueden someter el tejido cardiaco
ventricular izquierdo normalmente perfundido a hipercontractilidad
para aumentar más el flujo de sangre a través de los vasos
coronarios tratados.
La infusión de sangre oxigenada o fluidos
enriquecidos con oxígeno también se puede continuar después de la
terminación del tratamiento PTCA u otros procedimientos (por ejemplo
cirugía) donde se ha producido "aturdimiento" del tejido
cardiaco con riesgo asociado de función. En algunos casos la
infusión continuada puede acelerar la inversión de isquemia y
facilitar la recuperación de la función del miocardio.
Los métodos convencionales para la
administración de sangre oxigenada o fluidos enriquecidos con
oxígeno a tejidos en riesgo implica el uso de oxigenadores de
sangre. Tales procedimientos implican generalmente extraer sangre
de un paciente, hacerla circular a través de un oxigenador para
aumentar la concentración de oxígeno en sangre, y administrar
posteriormente la sangre de nuevo al paciente. Un ejemplo de un
oxigenador de sangre comercialmente disponible es el oxigenador de
sangre Maxima fabricado por Medtronic, Inc., Minneapolis,
Minnesota.
Sin embargo, hay inconvenientes al uso de un
oxigenador convencional en un circuito extracorporal para oxigenar
sangre. Tales sistemas son típicamente costosos, complejos y
difíciles de operar. A menudo un perfusionista titulado tiene que
preparar y supervisar el sistema.
Los sistemas oxigenadores convencionales también
tienen típicamente un gran volumen de cebado, es decir, el volumen
total de sangre contenido dentro del oxigenador, los tubos y otros
componentes del sistema, y dispositivos asociados. No es insólito en
el caso de un paciente adulto típico que el sistema de oxigenación
mantenga más de uno a dos litros de sangre. Tales volúmenes grandes
de cebado son indeseables por muchas razones. Por ejemplo, en
algunos casos puede ser necesaria una transfusión de sangre para
compensar la sangre temporalmente perdida en el sistema de
oxigenación a causa de su gran volumen de cebado. A menudo se debe
usar calentadores para mantener la temperatura de la sangre a un
nivel aceptable cuando avanza a través del circuito extracorporal.
Además, los sistemas oxigenadores convencionales son relativamente
difíciles de encender y apagar. Por ejemplo, si el oxigenador se
apaga, se podrían coagular grandes charcos estancados de sangre en
el oxigenador.
Además, con circuitos extracorporales incluyendo
oxigenadores convencionales de sangre hay un riesgo relativamente
alto de reacción de inflamación de las células y coagulación de
sangre debido a las tasas relativamente lentas de flujo de sangre y
la gran área superficial de contacto de la sangre. Un área
superficial de contacto de la sangre de aproximadamente
1-2 m^{2} y velocidades de aproximadamente 3 cm/s
no son insólitas en los sistemas oxigenadores convencionales. Así,
generalmente se requiere terapia anticoagulación relativamente
agresiva, tal como heparinización, como un adjunto a usar el
oxigenador.
Tal vez una de las mayores desventajas del uso
de sistemas convencionales de oxigenación de la sangre es que la
presión parcial máxima de oxígeno (pO_{2}) que se puede impartir a
la sangre con oxigenadores comercialmente disponibles es
aproximadamente 67 kPa (500 mm Hg). Así, con los oxigenadores
convencionales no se pueden lograr niveles de pO_{2} en sangre
próximos o superiores a 101 kPa (760 mm Hg).
Algunos estudios experimentales para el
tratamiento de infarto de miocardio han implicado el uso de terapia
con oxígeno hiperbárico. Véase, por ejemplo, Shandling y
colaboradores (1997), Hyperbaric Oxygen and Thrombolysis in
Myocardial Infarction: The "HOT MI" Pilot Study, American
Heart Journal 134(3):544-50. Estos
estudios han implicado en general colocar pacientes en cámaras de
oxígeno puro presurizado a hasta 200 kPa (2 atmósferas), dando
lugar a la oxigenación sistémica de la sangre del paciente por
encima de un nivel de pO_{2} de aproximadamente 160 kPa (1200 mm
Hg). Sin embargo, el uso de terapia con oxígeno hiperbárico después
de la restauración de la permeabilidad de la arteria coronaria en
la posición de un infarto de miocardio agudo no es práctico.
Supervisar pacientes enfermos críticos en una cámara de oxígeno
hiperbárico es difícil. Muchos pacientes son claustrofóbicos. Se
puede producir daño del oído. Además, no se pueden obtener tiempos
de tratamiento superiores a 90 minutos sin preocupación por la
toxicidad pulmonar del oxígeno.
Por estas razones, el tratamiento de isquemia de
órganos regionales no se ha desarrollado clínicamente en general.
Así, subsiste la necesidad de un sistema simple y conveniente para
administrar sangre oxigenada y otros fluidos a pacientes para la
prevención localizada de isquemia y el tratamiento de tejidos y
órganos post-isquémicos.
GB 14187 A 1910 dC describe un aparato mejorado
para el tratamiento de líquidos con oxígeno u ozono incluyendo una
cámara conteniendo oxígeno u ozono a presión. El líquido a tratar se
introduce a presión muy alta a través de orificios dirigidos en
dirección contraria.
US-A-5 693 017,
que representa la técnica anterior más próxima, describe un aparato
y método de distribución de soluciones supersaturadas con gas a un
lugar de distribución incluyendo un depósito en el que se introduce
de forma sellada un trocar. El trocar se extiende debajo de un
menisco de una solución fisiológica que ocupa el depósito. Se
suministra oxígeno presurizado mediante el trocar para preparar un
fluido supersaturado con oxígeno.
La presente invención puede resolver uno o más
de los problemas expuestos anteriormente. Algunos aspectos posibles
de la presente invención se exponen a continuación como ejemplos. Se
deberá entender que estos aspectos se presentan simplemente con el
fin de proporcionar al lector un breve resumen de algunas formas
que podría tomar la invención y que estos aspectos no se ofrecen con
el fin de limitar el alcance de la invención. De hecho, la
invención puede abarcar una variedad de aspectos que puede no
exponerse a continuación.
En una realización de la presente invención, se
facilita un sistema para la preparación y administración de sangre
oxigenada. En aplicaciones que implican la prevención de isquemia o
el tratamiento de tejidos isquémicos, el sistema puede ser usado
para la preparación y administración de sangre oxigenada en una
posición específica dentro del cuerpo del paciente. El sistema
puede incluir un circuito extracorporal para oxigenar sangre, por
ejemplo, incrementar el nivel de oxígeno en la sangre, en el que la
sangre a oxigenar es sangre extraída del paciente. El sistema
también puede ser utilizado ventajosamente para administración
regional o localizada de sangre oxigenada.
Los factores que influyen en la determinación de
las características de flujo de sangre para el circuito
extracorporal pueden incluir uno u otros muchos parámetros clínicos
o variables de la sangre oxigenada a suministrar al paciente, por
ejemplo, el tamaño del paciente, el porcentaje de circulación
general a proporcionar, el tamaño del blanco a acceder, la
hemólisis, la hemodilución, pO_{2}, la pulsatilidad, la tasa de
flujo másico, la tasa de flujo volumétrico, la temperatura, la
concentración de hemoglobina y el pH.
El sistema puede incluir un conjunto de
administración incluyendo un conjunto alargado, generalmente
tubular, incluyendo un lumen central y al menos un extremo colocable
dentro del cuerpo del paciente cerca del lugar de tejido a tratar,
incluyendo el extremo un orificio de salida para la sangre
oxigenada. El conjunto de administración incluye ventajosamente un
catéter que define un recorrido de fluido, incluyendo una porción
próxima adaptada para acoplar a un conjunto de suministro de sangre
oxigenada, y una porción distal que define un recorrido de fluido
extraíblemente insertable dentro del cuerpo del paciente, para
infundir la sangre oxigenada a lugares predeterminados.
Alternativamente, el conjunto de administración puede incluir un
alambre de guía de infusión, envuelta, u otro dispositivo de
intervención similar del tipo usado para administrar fluidos a
pacientes.
Las realizaciones se pueden usar en unión con
catéteres angiográficos o de guía, envueltas arteriales, y/u otros
dispositivos usados en angioplastia y en otros procedimientos de
intervención cardiovascular. El sistema puede ser usado en
aplicaciones que implican uno o más agujeros vasculares, es decir,
en procedimientos contralaterales o ipsilaterales.
En los procedimientos contralaterales se saca
sangre del paciente en una primera posición, por ejemplo, la
arteria femoral izquierda. La sangre oxigenada es devuelta al
paciente en una segunda posición próxima al tejido a tratar. La
oxigenación de la sangre tiene lugar cuando la sangre bombeada a
través del circuito extracorporal o bucle pasa a través de un
conjunto de oxigenación y forma la sangre oxigenada a administrar.
En aplicaciones donde el sistema incluye un catéter, el catéter
puede incluir un extremo distal extraíblemente insertable dentro
del cuerpo del paciente a través de una segunda posición, tal como
la arteria femoral derecha del paciente. El extremo distal incluye
al menos un orificio en comunicación de fluido con el lumen central
y a través del que la sangre oxigenada puede salir. Además, la
porción distal del catéter puede estar provista de una porción de
punta conformada con el fin de facilitar la introducción del
dispositivo, tal como a través de la misma envuelta usada para
procedimientos de intervención análogos a la angioplastia, en
posiciones específicas predeterminadas dentro del cuerpo del
paciente. Ejemplos de formas de la punta de punta que se puede usar,
incluyen cualquiera de las configuraciones de punta estándar
clínicamente aceptada usadas con dispositivos análogos a catéteres
de guía para proporcionar acceso y mantenimiento en posiciones como
el ostium coronario. Consiguientemente, el método puede incluir
además el paso de colocar la porción del extremo distal del catéter
incluyendo
el orificio de salida de fluido en una posición predeterminada dentro del cuerpo del paciente junto al tejido a tratar.
el orificio de salida de fluido en una posición predeterminada dentro del cuerpo del paciente junto al tejido a tratar.
En procedimientos ipsilaterales, el sistema
puede ser usado junto con uno o varios catéteres de guía y/o
envueltas introductoras adecuadas, de tamaño estándar, clínicamente
aceptados. El sistema, por ejemplo, puede incluir un catéter, un
catéter y catéter de guía, o un catéter y envuelta, para uso dentro
de un catéter de guía o envuelta introductoria usada para el
procedimiento de intervención primario.
El conjunto de administración incluye
ventajosamente un catéter adecuado para administración
sub-selectiva de la sangre oxigenada. Sin embargo,
la realización de catéter seleccionada para uso dependerá de las
circunstancias implicadas en una aplicación particular. Por
ejemplo, en algunos casos que implican la prevención de isquemia de
miocardio o el tratamiento de tejidos de miocardio isquémico, puede
ser preferible un catéter selectivo o no selectivo.
La administración de sangre oxigenada puede
tener lugar mediante un "simple" dispositivo de intervención
(por ejemplo, un catéter o alambre de guía de infusión) o un
dispositivo de administración o lumen asociado con o que forma
parte de un conjunto multicomponente operable para el rendimiento de
procedimientos diagnósticos y/o terapéuticos (es decir, además de
la administración de sangre oxigenada). Ejemplos de tales conjuntos
incluyen, sin limitación, dispositivos para la colocación de stents,
catéteres de globo de angioplastia, sistemas de administración de
radiación, dispositivos de administración de medicamentos, etc.
Pueden ser ventajosas tasas de flujo de aproximadamente 25
ml/minuto a aproximadamente 200 ml/minuto para la sangre oxigenada,
en particular de aproximadamente 75 ml/minuto a aproximadamente 125
ml/minuto.
Ventajosamente, se suministra sangre oxigenada a
una posición particular deseada por un aparato de administración de
fluido incluyendo: (1) un conjunto de administración de fluido
generalmente alargado que tiene una sección próxima y una sección
distal, incluyendo la sección distal una porción al menos
parcialmente extraíblemente insertable dentro del cuerpo del
paciente, incluyendo la porción extraíblemente insertable al menos
un orificio de salida de fluido en comunicación de fluido con un
lumen de administración de fluido que se extiende entre la sección
próxima y la porción extraíblemente insertable del conjunto de
administración de fluido; y (2) un conducto de fluido que tiene:
una primera porción de extremo para recibir un suministro de sangre
en la salida de una bomba de sangre operativamente acoplada al
conducto de fluido; un segundo extremo soltablemente acoplado al
lumen de administración de fluido del conjunto de administración de
fluido; y una porción intermedia entre los extremos primero y
segundo adaptada para oxigenar el suministro de sangre; el conducto
de fluido y el lumen de administración de fluido definen un
recorrido continuo de fluido entre la primera porción de extremo
del conducto de fluido y el (los) orificio(s) de salida de
fluido. Ventajosamente, el aparato de administración de fluido
proporciona sangre oxigenada, y muy ventajosamente sangre
hiperoxémica o hiperbárica, a un paciente sin burbujas de gas
potencialmente clínicamente significativas en la sangre. Más
ventajosamente, el aparato de administración de fluido puede
proporcionar a un paciente sangre oxigenada que tiene un pO_{2}
superior a aproximadamente 101 kPa (760 mm Hg) pero inferior a
pO_{2max} para una tasa dada de flujo de sangre Q_{sangre},
donde pO_{2max} es igual a la contrapresión máxima generada dentro
del aparato de administración de fluido por operación de la bomba
de sangre para lograr la tasa de flujo Q_{sangre}.
La porción intermedia del conducto de fluido
adaptado para oxigenar la sangre suministrada por la bomba de
sangre, es decir, el conjunto de oxigenación, puede incluir un
oxigenador de membrana a alta presión. Además, la porción
intermedia del conducto de fluido incluye un conjunto incluyendo una
región de mezcla en la que un fluido oxigenado, por ejemplo, un
fluido supersaturado con oxígeno, se combina con la sangre para
efectuar oxigenación directa líquido a líquido. Típicamente, la
porción intermedia puede incluir un conjunto para combinar dos
corrientes de fluido (por ejemplo, un aparato que se asemeja en
general a un tubo en Y, adaptador en T, o análogos), el conjunto
adaptado para acoplar a sistemas de administración para suministrar
sangre a oxigenar y para suministrar sangre oxigenada u otros
fluidos.
Consiguientemente, el aparato de administración
de fluido puede incluir ventajosamente una primera porción de tubo
que se extiende entre una bomba de sangre y un conjunto de
oxigenación; el conjunto de oxigenación; una segunda porción de
tubo que se extiende entre el conjunto de oxigenación y el extremo
próximo de un conjunto de administración de fluido; y el conjunto
de administración de fluido. En un paciente que respira aire a
través de los pulmones, los gases disueltos en la sangre del
paciente (nitrógeno, N_{2}; dióxido de carbono, CO_{2}; y
oxígeno, O_{2}) son iguales a la presión atmosférica.
Químicamente, esta relación se indica por la ecuación
P_{total}, =
pN_{2} + pCO_{2} +
pO_{2}
Donde P_{total} es la presión atmosférica y el
lado derecho de la ecuación representa las presiones relativas, o
parciales, de los gases disueltos en aire. La ecuación anterior se
equilibra aproximadamente como sigue:
760 mm Hg = 600
mm Hg + 45 mm Hg + 115 mm
Hg
Para sangre incluyendo gases disueltos que
tienen las presiones parciales expuestas anteriormente, durante un
proceso de hiperoxigenación que tiene lugar en la porción intermedia
del conducto de fluido, el pO_{2} es elevado y el P_{total}
puede exceder de la presión atmosférica. Por ejemplo, si el pO_{2}
incrementa a 107 kPa (800 mm Hg) sin cambio de pN_{2} y
pCO_{2}, el P_{total} sería igual a 193 kPa (1445 mm Hg), un
aumento de casi el doble.
La presión de fluido en la salida de la porción
intermedia del conducto de fluido, P_{fluido}, es una medida de
la presión diferencial a través de la porción del conducto de fluido
entre esa posición y el (los) orificio(s) de salida de
fluido más la presión de salida. Para evitar la formación de
burbujas de gas potencialmente clínicamente significativas, es
especialmente ventajoso elevar la presión de fluido en la salida de
la porción intermedia del conducto de fluido a un nivel que excede
de la presión del gas disuelto total. Así, la administración de
sangre oxigenada puede tener lugar sin burbujas, es decir, sin la
formación de burbujas potencialmente clínicamente significativas,
donde P_{fluido}>P_{total}.
Dado que la mayor parte de las mediciones de
presión usan presiones manométricas (es decir, presión manométrica
= presión total menos presión atmosférica), la relación para
administración sin burbujas también se puede simplificar y
aproximar a \DeltaP_{fluido}>PO_{2(out)}, donde
pO_{2(out)} es el pO_{2} de la sangre oxigenada a
administrar al paciente. En otros términos, un cuidador solamente
tiene que comparar dos mediciones simples, \DeltaP_{fluido} y
pO_{2(out)}, para asegurar la administración sin burbujas
durante un procedimiento.
Datos experimentales apoyan el uso de la
relación simplificada y aproximada
\DeltaP_{fluido}>PO_{2(out)} para lograr
administración sin burbujas. Como se expone en la tabla I, se usó un
aparato de administración de fluido incluyendo un conjunto de
oxigenación líquido a líquido con dos catéteres que tenían
diferentes diámetros efectivos para infundir sangre oxigenada a la
vasculatura coronaria izquierda de un cerdo de 40 kg para
determinar si la relación entre \DeltaP_{fluido} y
pO_{2(out)} afecta a la formación de burbujas durante la
infusión de sangre oxigenada. En pruebas donde
\DeltaP_{fluido}>pO_{2(out)}, no se observaron
burbujas usando ecocardiografía 2D durante la infusión de sangre
oxigenada, y un sistema de detección ultrasónica de burbujas no
detectó burbujas de más de aproximadamente 100 \mum de diámetro.
Por otra parte, en pruebas donde
\DeltaP_{fluido}<pO_{2(out)}, se observaron
3-4 burbujas por latido del corazón en la aurícula
derecha usando ecocardiografía 2D durante la infusión de sangre
oxigenada, y el sistema de detección ultrasónica de burbujas detectó
numerosas burbujas de más de aproximadamente 100 \mum de
diámetro.
Típicamente, pO_{2(out)} puede ser
seleccionado por el cuidador en base a las circunstancias implicadas
en una aplicación particular. Así, la administración sin burbujas
se puede asegurar seleccionando un aparato apropiado de
administración de fluido, es decir, uno que pueda efectuar hacia
abajo de la porción intermedia del conducto de fluido una caída de
presión de fluido que exceda del pO_{2} deseado seleccionado para
una tasa dada de flujo de sangre. Además, la caída de la presión de
fluido puede variar dependiendo de factores como la duración de la
administración de fluido y la geometría del lumen de fluido (por
ejemplo, diámetro interno, ahusamiento, perfil en sección
transversal, etc), factores que pueden variar dependiendo de la
aplicación específica implicada. Así, puede ser útil (por ejemplo,
para promover la facilidad de selección) caracterizar todo o una
porción del aparato de administración de fluido hacia abajo de la
porción intermedia del conducto de fluido en términos de un
diámetro efectivo, o en términos de niveles de pO_{2} alcanzables
para un conjunto de oxigenación dado y/o condiciones dadas en la
salida de la porción intermedia del conducto de fluido.
Por ejemplo, según una realización de la
presente invención, para un aparato ejemplar de administración de
fluido sanguíneo oxigenado, la presión de la sangre oxigenada en el
conjunto de oxigenación es una función de la tasa de flujo de
sangre y el diámetro efectivo del catéter. Para un aparato de
administración de fluido sanguíneo oxigenado, la relación entre
tasa de flujo de sangre y presión de la sangre oxigenada en el
conjunto de oxigenación para un catéter dado se puede determinar
usando la ley de Hagen-Poiseuille:
Que controla en general los flujos de fluido
laminar a través de conductos, en la que Q = tasa de flujo
volumétrico; L = longitud del conducto; D = diámetro interior del
conducto; \eta = viscosidad del fluido; y \DeltaP = diferencia
de presión a través de la longitud del conducto. También se puede
usar otras realizaciones dependiendo de las circunstancias
implicadas en una aplicación particular, por ejemplo, una
realización para aplicaciones de flujo turbulento, para las que la
relación entre tasa de flujo de sangre y presión de la sangre
oxigenada en el conjunto de oxigenación se puede determinar usando
modelos que controlan el flujo turbulento.
En general, con un aparato dado de
administración de fluido sanguíneo oxigenado, para una tasa
constante de flujo de sangre Q_{sangre}, cuando el diámetro
interior efectivo del catéter incrementa, la presión de la sangre
P_{fluido(manómetro)} en el conjunto de oxigenación
disminuye. Conociendo la relación simplificada y aproximada de
administración sin burbujas,
\DeltaP_{fluido}>pO_{2(out)}, un cuidador que tenga
un catéter caracterizado por diámetro interior efectivo puede
determinar si se puede alcanzar un rango apropiado de tasas de
flujo de sangre si el cuidador usase un aparato de administración de
fluido incluyendo el catéter para administrar sangre que tiene un
pO_{2} deseado. Alternativamente, un cuidador que especifique un
pO_{2} deseado de sangre oxigenada y un rango de tasas de flujo
de sangre oxigenada puede seleccionar un catéter para uso en un
aparato de administración de fluido para una aplicación
particular.
En un ejemplo comparativo, el sistema
proporcionado incluye ventajosamente un conjunto oxigenador de
membrana y conjuntos para suministrar flujos o suministros
controlados de gas oxígeno y sangre. Ventajosamente, la porción
intermedia del conducto de fluido incluye un conjunto oxigenador de
membrana operable a altas presiones, es decir, presiones de
suministro de gas oxígeno y sangre dentro del conjunto oxigenador de
membrana superiores a la presión atmosférica.
El conjunto para suministrar flujos o
suministros controlados de gas oxígeno incluye ventajosamente una
fuente regulada de gas oxígeno, de modo que se distribuya gas
oxígeno al conjunto oxigenador de membrana a una presión superior a
la presión atmosférica. Ventajosamente, se suministra gas oxígeno al
conjunto oxigenador de membrana a una presión superior a la presión
atmosférica e inferior a aproximadamente 345 kPa (50 psia), la
presión máxima aproximada que puede ser generada por bombas de
sangre comercialmente disponibles que administran sangre. El
conjunto para suministrar flujos o suministros controlados de gas
oxígeno puede ser uno de los muchos sistemas de administración de
oxígeno comercialmente disponibles y clínicamente aceptados
adecuados para uso con pacientes humanos (por ejemplo, oxígeno
embotellado regulado).
El conjunto para suministrar flujos o
suministros controlados de sangre incluye ventajosamente una fuente
de sangre en combinación con medios para proporcionar la sangre al
conjunto oxigenador de membrana. Ventajosamente, la sangre a
oxigenar incluye sangre extraída del paciente, de modo que el
conjunto de administración de sangre incluya una entrada de sangre
dispuesta a lo largo de una porción de un catéter u otro dispositivo
similar insertable de forma al menos parcialmente extraíble dentro
del cuerpo del paciente; un bucle de bomba que en combinación con
el catéter u otro dispositivo define un recorrido continuo de fluido
entre la entrada de sangre y el conjunto oxigenador de membrana; y
una bomba de sangre para controlar el flujo de sangre a través del
bucle de bomba, es decir, el flujo de sangre proporcionado al
conjunto oxigenador de membrana. La bomba de sangre puede ser una
de las muchas bombas de sangre comercialmente disponibles y
clínicamente aceptadas adecuadas para uso con pacientes humanos. Un
ejemplo de tal bomba es la bomba peristáltica modelo 6501 RFL3.5
Pemco que se puede obtener de Pemco Medical, Cleveland, Ohio.
El sistema proporcionado incluye ventajosamente
un conjunto de suministro de sangre oxigenada incluyendo un
conjunto oxigenador de membrana incluyendo al menos una membrana que
separa dentro del conjunto oxigenador de membrana el gas oxígeno
proporcionado por el conjunto de suministro de gas oxígeno y la
sangre proporcionada por el conjunto de suministro de sangre, y a
través de la que se pueden difundir oxígeno y otros gases.
Ventajosamente, el gas oxígeno se administra al "lado de gas"
del conjunto oxigenador de membrana por el conjunto de suministro
de gas oxígeno en una presión de lado de gas superior a la presión
atmosférica; el conjunto de administración de sangre proporciona un
suministro de sangre al "lado de sangre" del conjunto
oxigenador de membrana a una presión de lado de sangre superior a
la presión del lado de gas; y el gas oxígeno y al menos una porción
del suministro de sangre se mantiene en contacto con la membrana de
modo que el oxígeno se difunda a través de la membrana y disuelva
en el suministro de sangre.
La membrana puede incluir un material sólido
(por ejemplo, caucho de silicona) o un material microporoso (por
ejemplo, un material polimérico, tal como polipropileno).
Ventajosamente, la presión de lado de sangre se mantiene a un nivel
más alto que la presión de lado de gas para evitar el flujo de gas
voluminoso a través de la membrana. Sin embargo, se puede usar
presiones inferiores del lado de sangre si se usa una membrana
sólida, no porosa. El tipo de membrana usado, y las presiones de
lado de gas y sangre (que se pueden definir, por ejemplo, por una
presión diferencial dada a través de la membrana) pueden variar
dependiendo de las circunstancias implicadas en una aplicación
particular deseada.
El lado de gas del conjunto oxigenador de
membrana puede operar en un modo "abierto" o "cerrado". En
modo abierto, una corriente de lado de gas incluyendo gas oxígeno
proporcionado por el conjunto de suministro de gas oxígeno
"barre" el lado de gas del conjunto oxigenador de membrana.
Durante el barrido se difunde oxígeno a través de la membrana para
disolverse en la sangre, y gases de la sangre como dióxido de
carbono y nitrógeno se pueden difundir a través de la membrana para
unirse a la corriente de lado de gas. La corriente de lado de gas
sale del conjunto oxigenador de membrana mediante un agujero u otro
conducto de fluido de salida. En modo cerrado, el agujero u otro
conducto de fluido de salida está cerrado para evitar el escape de
gas del lado de gas del conjunto oxigenador de membrana.
En un ejemplo comparativo alternativo, el
conjunto oxigenador de membrana incluye una entrada de gas pero no
está provisto de un agujero de ventilación u otro conducto de salida
de fluido de la corriente de lado de gas. Este ejemplo comparativo
alternativo incluye así un dispositivo de modo cerrado. En operación
en modo cerrado la presión de lado de gas es ventajosamente igual a
la presión a la que el conjunto de suministro de gas oxígeno
proporciona gas oxígeno al conjunto oxigenador de membrana. En modo
abierto la presión de lado de gas cae a través del conjunto
oxigenador de membrana, aunque tal vez solamente ligeramente, de la
presión a la que el conjunto de suministro de gas oxígeno
proporciona gas oxígeno al conjunto oxigenador de membrana.
El conjunto oxigenador de membrana se dimensiona
ventajosamente dependiendo de las circunstancias implicadas en una
aplicación particular deseada. Por ejemplo, para un flujo de
administración de sangre oxigenada inferior a 0,3 litros por
minuto, se requiere un área superficial de membrana activa muy
inferior a dos metros cuadrados (el área superficial de membrana
activa aproximada para un oxigenador de tamaño adulto convencional
capaz de manejar seis litros de sangre por minuto). A modo de
ejemplo solamente, y sin limitar el alcance de la presente
invención, los factores que afectan a las dimensiones del conjunto
oxigenador de membrana incluyen el nivel de oxígeno deseado para la
tasa de flujo de sangre a oxigenar y de sangre oxigenada.
El sistema proporcionado distribuye
ventajosamente sangre oxigenada del conjunto oxigenador de membrana
a un lugar dado sin la formación o liberación de burbujas de
oxígeno clínicamente significativas. La administración de sangre
oxigenada en un lugar dado sin formación o liberación de burbujas
clínicamente significativas se puede realizar ventajosamente
mediante la selección del material del catéter, el uso de un catéter
de administración de dimensiones apropiadas, y/o el
acondicionamiento del mismo para eliminar lugares de nucleación. El
material, el tamaño y el procedimiento de acondicionamiento exactos
pueden variar dependiendo de las circunstancias implicadas en una
aplicación particular. A modo de ejemplo solamente, y sin limitar el
alcance de la presente invención, para la administración de
aproximadamente 3 ml/segundo de sangre oxigenada con un conjunto
oxigenador de membrana operando a una presión de lado de gas de
aproximadamente 345 kPa (50 psi), un catéter de una longitud de
aproximadamente 130 cm y un diámetro interno de aproximadamente 40
milésimas de pulgada proporcionaría una reducción gradual de la
presión que puede ayudar a evitar la liberación de burbujas de gas
potencialmente clínicamente significativas.
En otro ejemplo comparativo, se facilita un
método para la preparación y administración de sangre oxigenada. Se
facilita un método para enriquecer sangre con oxígeno incluyendo
proporcionar una membrana que tiene lados primero y segundo;
proporcionar en contacto con el primer lado de la membrana gas
oxígeno a una presión P1 superior a la presión atmosférica;
proporcionar en el segundo lado de la membrana un suministro de
sangre a una presión P2 superior a P1; y mantener al menos una
porción del suministro de sangre en contacto con el segundo lado de
la membrana de modo que se difunda oxígeno a través de la membrana y
se disuelva en el suministro de sangre. Ventajosamente, la presión
P1 es superior a la presión atmosférica e inferior a
aproximadamente 345 kPa (50 psia). El método incluye además
ventajosamente proporcionar en contacto con el primer lado de la
membrana una corriente incluyendo gas oxígeno. Ventajosamente, la
corriente mantiene contacto con el primer lado de la membrana de
modo que un gas (por ejemplo, dióxido de carbono, nitrógeno, vapor
de agua, etc) en el suministro de sangre se difunde a través de la
membrana y une a la corriente.
Según otro ejemplo comparativo, se facilita un
método para administrar sangre oxigenada a un lugar específico
dentro del cuerpo del paciente. El método incluye elevar el nivel de
pO_{2} en sangre a suministrar al paciente y la administración de
dicha sangre a un lugar dado. El método puede incluir el paso de
controlar o proporcionar cantidades controladas de sangre y gas
oxígeno a un conjunto oxigenador de membrana con el fin de producir
sangre oxigenada para administración a un lugar específico
predeterminado. Los niveles de oxígeno en sangre (por ejemplo,
pO_{2}) se pueden mantener, ajustar o controlar de otro modo
controlando las tasas de flujo o proporcionando cantidades
controladas de la sangre y/o gas oxígeno. Así, se facilita un
método de control de sangre-gas.
En otro ejemplo comparativo, la porción
intermedia del conducto de fluido adaptada para oxigenar la sangre
suministrada por la bomba de sangre incluye un conjunto incluyendo
una región de mezcla en la que un fluido oxigenado, por ejemplo, un
fluido supersaturado con oxígeno, se combina con la sangre.
Ventajosamente, la región de mezcla se define por un conjunto
parecido a cámara incluyendo una zona de inyección en la que el
fluido oxigenado se mezcla con la sangre a una presión más alta que
el pO_{2} deseado de la sangre. La oxigenación de la sangre tiene
lugar como resultado de mezcla convectiva que implica los dos
fluidos en contacto y en menor extensión como resultado del oxígeno
que se difunde directamente del líquido oxigenado a la sangre, es
decir, dispersión. La mezcla es ventajosamente una mezcla convectiva
que tiene lugar rápida y completamente.
En un ejemplo comparativo, el conjunto parecido
a cámara puede incluir una cámara de mezcla incluyendo un conjunto
generalmente alargado de forma cilíndrica o tubular que tiene
extremos superior e inferior, teniendo cada extremo un tapón o
dispositivo similar fijamente unido, con el fin de definir un
espacio interior en él. Ventajosamente, la cámara de mezcla incluye
en comunicación de fluido con el espacio interior un primer
orificio de entrada adaptado para recibir un suministro de sangre a
oxigenar; un segundo orificio de entrada adaptado para recibir un
suministro de fluido oxigenado a mezclar con la sangre; y un
orificio de salida adaptado para administración de la sangre
oxigenada a una posición particular deseada.
Para promover la mezcla de la sangre y fluido
oxigenado dentro del espacio interior de la cámara, la sangre a
oxigenar entra ventajosamente en la cámara de mezcla desde una
posición y en una dirección de modo que se cree un flujo vorticial
o ciclónico de sangre dentro de la cámara. Ventajosamente, la sangre
entra en la cámara a lo largo de un recorrido sustancialmente
tangencial a la pared de la cámara. Ventajosamente, el líquido
oxigenado entra en la cámara cerca de la entrada de sangre, y la
sangre oxigenada sale de la cámara a través de un orificio en la
parte inferior de la cámara. Más ventajosamente, el líquido
oxigenado entra en la cámara en una dirección generalmente hacia
arriba normal a la dirección inicial de recorrido de la sangre que
entra en la cámara.
La cámara de mezcla es ventajosamente
presurizable, acumulando la porción inferior de la cámara un
suministro de sangre e incluyendo la porción superior una carga de
gas. La carga de gas ayuda ventajosamente a amortiguar la
pulsatilidad de la sangre que entra en la cámara.
El fluido oxigenado incluye ventajosamente un
fluido supersaturado con oxígeno en el que el contenido de oxígeno
disuelto ocupará un volumen de entre aproximadamente 0,5 y
aproximadamente 3 veces el volumen del disolvente normalizado a
temperatura y presión estándar. Los ejemplos de disolventes que
pueden ser usados incluyen salina, solución de Ringer lactada, y
otras soluciones fisiológicas acuosas. El fluido oxigenado es
distribuido ventajosamente a la cámara de mezcla mediante uno o más
capilares que tienen un diámetro interno en el rango de
aproximadamente 15 a aproximadamente 700 \mum (ventajosamente,
aproximadamente 100 \mum), formando los capilares un recorrido
continuo de flujo de fluido entre la cámara de mezcla y un
suministro o un conjunto para proporcionar un suministro del fluido
oxigenado.
El fluido oxigenado se suministrará típicamente
a la cámara de mezcla según parámetros especificados y seleccionados
por el cuidador para la indicación clínica deseada. El flujo de
fluido oxigenado es generalmente constante y continuo, aunque se
puede usar flujos variables o intermitentes. Las tasas de flujo
pueden ser del rango de aproximadamente 0,1 cc/minuto a
aproximadamente 40 cc/mm, aunque las tasas de flujo especialmente
ventajosas pueden ser de entre aproximadamente 2 cc/minuto y 12
cc/minuto. Las concentraciones de oxígeno normalizadas a
temperatura y presión estándar pueden ser del rango de
aproximadamente 0,1 ml de O_{2} por ml de solución fisiológica a
aproximadamente 3 ml de O_{2} por ml de solución fisiológica,
aunque las concentraciones especialmente ventajosas pueden ser de
aproximadamente 1 ml de O_{2} por ml de solución fisiológica.
En otro ejemplo comparativo, se proporciona un
método para la preparación y administración de sangre oxigenada. El
método incluye proporcionar un conjunto de cámara en el que sangre y
un líquido oxigenado, por ejemplo, un líquido supersaturado con
oxígeno, se mezclan a presión baja para formar sangre oxigenada. El
método puede incluir el paso de controlar o proporcionar cantidades
controladas de sangre y líquido oxigenado al conjunto de cámara
para mantener, ajustar o controlar de otro modo los niveles de
oxígeno en sangre. Así, se facilita un método alternativo de
control de sangre-gas de un ejemplo comparativo.
La sangre oxigenada se suministra ventajosamente
al paciente a aproximadamente 37ºC, es decir, la operación del
sistema no afecta de forma significativa a la temperatura de la
sangre del paciente. Sin embargo, en algunos casos, puede ser
deseable enfriar la sangre oxigenada, por ejemplo, para inducir
hipotermia local o regional (por ejemplo, temperaturas inferiores a
aproximadamente 35ºC). A modo de ejemplo solamente, en aplicaciones
neurológicas tal enfriamiento puede ser deseable para lograr un
efecto neuroprotector. La hipotermia también puede ser considerada
como una técnica ventajosa de tratamiento o conservación para
órganos isquémicos, donaciones de órganos, o reducir la demanda
metabólica durante períodos de perfusión reducida.
Consiguientemente, el sistema proporcionado
puede incluir un conjunto intercambiador de calor operable para
mantener, para aumentar o para disminuir la temperatura de la sangre
oxigenada según se desee en vista de las circunstancias implicadas
en una aplicación particular. Ventajosamente, se desearán en general
temperaturas de la sangre oxigenada en el rango de aproximadamente
35ºC a aproximadamente 37ºC, aunque temperaturas de la sangre fuera
de dicho rango (por ejemplo, tal vez de sólo 29ºC o más) pueden ser
más ventajosas a condición de que la temperatura central del
paciente permanezca a niveles seguros en vista de las circunstancias
implicadas en la aplicación particular. La supervisión de la
temperatura puede tener lugar, por ejemplo, con uno o más
termopares, termistores o sensores de temperatura integrados en la
circuitería electrónica de un sistema de realimentación controlada,
de modo que un operador puede introducir una temperatura de
perfusión deseada con un tiempo de respuesta esperado del sistema
de segundos o minutos dependiendo de las tasas de flujo de infusión
y otros parámetros asociados con la infusión activa de sangre
oxigenada enfriada.
Los ejemplos de conjuntos de intercambio de
calor adecuados para uso con el sistema presente, o solos o
integrados con un componente del sistema, incluyen cualquiera de los
numerosos sistemas de intercambio de calor comercialmente
disponibles y clínicamente aceptados en los sistemas actuales de
administración de sangre, por ejemplo, intercambiadores de calor,
dispositivos de irradiación de calor, dispositivos de enfriamiento
convectivo y dispositivos refrigerantes cerrados. Tales dispositivos
pueden incluir, por ejemplo, tubos de intercambio de calor
conductivo/convectivo, hechos típicamente de acero inoxidable o
polímeros de alta resistencia, en contacto con sangre en un lado y
con un refrigerante en el otro lado.
En otro ejemplo comparativo, en un conjunto de
oxigenación líquido a líquido, se obtiene sangre oxigenada enfriada
mezclando sangre con un líquido oxigenado enfriado, por ejemplo, un
líquido supersaturado con oxígeno. Cualquier sistema de intercambio
de calor comercialmente disponible y clínicamente aceptable puede
ser usado para enfriar el líquido oxigenado y/o enfriar la sangre
oxigenada. Dado que la mayoría de los gases presentan mayor
solubilidad cuando se disuelven en líquidos acuosos a bajas
temperaturas (por ejemplo, la solubilidad del oxígeno en agua
incrementa a una tasa de 1,3% por grado Celsius de disminución),
dicho método ofrece el beneficio añadido de mejor estabilidad de la
sangre oxigenada, que en algunos casos puede permitir mayores
concentraciones de oxígeno.
El sistema puede incluir uno o más detectores de
burbujas de gas, de los que al menos uno es capaz de detectar la
presencia de microburbujas, por ejemplo, burbujas con diámetros de
aproximadamente 100 \mum a aproximadamente 1000 \mum. Además,
el sistema puede incluir uno o más detectores de macroburbujas para
detectar burbujas más grandes, tales como burbujas con diámetros de
aproximadamente 1000 \mum o más. Tales detectores de
macroburbujas pueden incluir cualquier detector adecuado
comercialmente disponible, tal como un detector de burbujas
exterior, montado en tubo, incluyendo dos transductores que miden la
atenuación de un pulso de sonido que avanza desde un lado del tubo
al otro. Tal detector adecuado se puede adquirir de Transonic Inc.,
de New York.
Los detectores de microburbujas y macroburbujas
proporcionan al médico o cuidador un aviso de la posible generación
de burbujas clínicamente significativas. Tales avisos también pueden
ser obtenidos a través del uso de eco transtorácico 2D (por
ejemplo, para buscar esclarecimiento del eco del tejido del
miocardio) y la supervisión de otros datos del paciente.
Ventajosamente, el sistema de detección de
burbujas es capaz de discriminar entre burbujas de varios tamaños.
Además, el sistema de detección de burbujas opera ventajosamente de
forma continua y está acoplado operativamente al sistema general de
modo que tenga lugar una parada general del sistema a la detección
de una macroburbuja.
El sistema también puede incluir varios
elementos convencionales, tales como sensores, flujómetros (que
también pueden cumplir una doble función como un detector de
macroburbujas), u otros dispositivos de supervisión de parámetros
clínicos; componentes hidráulicos tales como acumuladores y válvulas
para gestionar dinámica de flujo; puertos de acceso que permiten la
extracción de fluidos; filtros u otros dispositivos de seguridad
para contribuir a asegurar la esterilidad; u otros dispositivos que
pueden ayudar en general a controlar el flujo de uno o más de los
fluidos en el sistema. Ventajosamente, estos dispositivos se colocan
dentro del sistema y utilizan para evitar la formación de burbujas
clínicamente significativas dentro de los recorridos de flujo de
fluido, y/o a evitar perturbaciones del flujo de fluido, por
ejemplo, bloqueos de capilares u otros recorridos de fluidos.
Además, el sistema incluye ventajosamente un sistema biocompatible
aceptable para uso clínico con pacientes humanos.
Otros objetos y ventajas de la presente
invención serán evidentes por la lectura de la descripción detallada
siguiente y por referencia a los dibujos acompañantes en los
que:
La figura 1 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un sistema para oxigenar
sangre.
La figura 2 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un conjunto de
oxigenación de la sangre incluyendo un oxigenador de membrana a alta
presión.
La figura 3 es una vista en sección transversal
de un ejemplo comparativo ejemplar de un oxigenador de membrana a
alta presión.
La figura 4 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un circuito extracorporal
incluyendo un sistema de oxigenación de sangre que tiene un
oxigenador de membrana a alta presión.
La figura 5 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un conjunto de
oxigenación incluyendo un conjunto de oxigenación de líquido a
líquido.
La figura 6 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un circuito extracorporal
incluyendo un sistema de oxigenación de sangre que tiene un
conjunto de oxigenación líquido a líquido.
La figura 7A es una vista en sección vertical
transversal de un ejemplo comparativo ejemplar de un conjunto de
oxigenación líquido a líquido.
La figura 7B es una vista superior del ejemplo
comparativo ejemplar del conjunto de oxigenación líquido a líquido
representado en vista en sección transversal en la figura 7A.
La figura 7C es una vista inferior del ejemplo
comparativo ejemplar del conjunto de oxigenación líquido a líquido
representado en vista en sección transversal en la figura 7A.
La figura 7D es una vista parcial cortada de la
porción inferior del conjunto de oxigenación líquido a líquido
representado en vista en sección transversal en la figura 7A.
La figura 7E es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea E-E de la porción
inferior del conjunto de oxigenación líquido a líquido representado
en vista en sección transversal en la figura 7D.
La figura 8 es una vista parcial cortada de un
ejemplo comparativo ejemplar de un conjunto de catéter para
administración de sangre oxigenada.
La figura 8A es una vista en sección transversal
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8 tomada
a lo largo de la línea A-A.
La figura 8B es una vista en sección transversal
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8 tomada
a lo largo de la línea B-B.
La figura 8C es una vista en sección transversal
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8 tomada
a lo largo de la línea C-C.
La figura 8D es una vista en sección transversal
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8 tomada
a lo largo de la línea D-D.
La figura 8E es una vista en sección transversal
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8 tomada
a lo largo de la línea E-E.
La figura 8F es una vista de extremo de la punta
del conjunto de catéter ejemplar representado en la figura 8.
La figura 9 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un aparato de
administración de fluido sanguíneo oxigenado.
La figura 10 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo comparativo ejemplar de un sistema para
suministrar un fluido supersaturado con oxígeno.
La figura 11 es un diagrama esquemático que
ilustra una realización de un sistema para suministrar un fluido
supersaturado con oxígeno según la presente invención.
La figura 12 es un gráfico, para un aparato
ejemplar de administración de fluido sanguíneo oxigenado, de la
presión de la sangre oxigenada en el conjunto de oxigenación en
función de la tasa de flujo de sangre y el diámetro interior
efectivo del catéter.
La figura 13 es un gráfico, para un aparato
ejemplar de administración de fluido sanguíneo oxigenado, de la
presión de la sangre oxigenada en el conjunto de oxigenación en
función del diámetro interior efectivo del catéter y el
hematocrito.
La figura 14 es un gráfico, para un aparato
ejemplar de administración de fluido sanguíneo oxigenado, del
pO_{2} previsto de sangre oxigenada en función del pO_{2} de
fluido oxigenado y el pO_{2} sistémico del paciente.
La figura 15 es un gráfico, para un aparato
ejemplar de administración de fluido sanguíneo oxigenado, del
pO_{2} previsto de sangre oxigenada en función del pO_{2} de
fluido oxigenado y la tasa de flujo sanguíneo.
La figura 16 es un gráfico, para ejemplos
comparativos ejemplares de un oxigenador de membrana a alta presión,
de la eficiencia del oxigenador en función de la longitud del
oxigenador para una tasa ejemplar de flujo de sangre.
La presente invención puede ser susceptible de
varias modificaciones y formas alternativas. En los dibujos se
representan realizaciones específicas de la presente invención, a
modo de ejemplo, y se describen aquí con detalle. Sin embargo, se
deberá entender que la descripción aquí expuesta de realizaciones
específicas no pretende limitar la presente invención a las formas
concretas descritas. Más bien, se pretende cubrir todas las
modificaciones que caigan dentro del alcance de la invención
definida por las reivindicaciones anexas.
La descripción siguiente ilustra ejemplos
comparativos y una realización de la presente invención. Por razones
de claridad, no todas las características de una implementación real
de la presente invención se describen en esta memoria descriptiva.
Se deberá apreciar que, en conexión con el desarrollo de cualquier
realización real de la presente invención, hay que tomar muchas
decisiones específicas de aplicación para lograr objetivos
específicos, que pueden variar de una aplicación a otra. Además, se
deberá apreciar que todo esfuerzo de desarrollo podría ser complejo
y lento, aunque siga siendo rutinario para las personas con
conocimientos ordinarios en la materia que conozcan esta
descripción.
Por razones de claridad y conveniencia, los
varios ejemplos comparativos se describen aquí en el contexto de
aplicaciones de intervención cardiovascular que implican
generalmente isquemia aguda o transitoria o tejidos
post-isquémicos. Sin embargo, los ejemplos
comparativos también pueden ser útiles en otras aplicaciones
médicas, tal como terapia de cáncer (por ejemplo, la administración
de fluidos enriquecidos con oxígeno directamente a tumores
pobremente vascularizados durante tratamientos de radiación o
quimioterapia), aplicaciones neurovasculares (por ejemplo, el
tratamiento de pacientes de apoplejía y trauma cerebral), soporte
pulmonar en pacientes con trauma y enfermedad pulmonar, y gestión
del cuidado de heridas.
Además, aunque las realizaciones pueden ser
usadas para elevar los niveles de oxígeno, por ejemplo, en sangre
venosa y arterial, en sucedáneos de sangre, por ejemplo,
perfluorocarbonos, y en sus combinaciones, por razones de claridad
y conveniencia aquí se hace referencia solamente a sangre
arterial.
Además, las realizaciones también pueden ser
usadas en conexión con terapias de infusión de fluidos
medicamentosos para evitar isquemia y/o mejorar de otro modo la
efectividad de las terapias. Los ejemplos de fluidos medicamentosos
usados en procedimientos cardiovasculares y neurológicos que pueden
ser infundidos (antes, después o junto con la sangre oxigenada)
según las realizaciones incluyen, sin limitación, vasodilatadores
(por ejemplo, nitroglicerina y nitroprusida), activadores de
plaquetas (por ejemplo, ReoPro y Orbofiban), trombolíticos (por
ejemplo, t-PA, estreptoquinasa, y uroquinasa),
antiarrítmicos (por ejemplo, lidocaína, procainamida), beta
bloqueadores (por ejemplo, esmolol, inderal), bloqueadores de los
canales de calcio (por ejemplo, diltiazem, verapamil), magnesio,
agentes inotrópicos (por ejemplo, epinefrina, dopamina),
perfluorocarbonos (por ejemplo, fluosol), cristaloides (por
ejemplo, salina normal, soluciones Ringer lactadas), coloides
(albúmina, hespan), productos de sangre (glóbulos rojos
empaquetados, plaquetas, sangre entera), inhibidores de intercambio
Na+/H+, eliminadores de radicales libres, diuréticos (por ejemplo,
manitol), medicamentos antiépilépticos (por ejemplo, fenobarbital,
valium), y neuroprotectores (por ejemplo, lubeluzol). Los fluidos
medicamentosos puede ser infundidos solo o en combinación
dependiendo de las circunstancias implicadas en una aplicación
particular, y además pueden ser infundidos con agentes distintos de
los específicamente enumerados, tal como con adenosina (Adenocard,
Adenoscan, Fujisawa), con el fin de reducir el tamaño del infarto o
de efectuar una respuesta fisiológica deseada.
Pasando ahora a los dibujos, se facilita un
sistema en el que la sangre es oxigenada, por ejemplo, para
administración a una zona predeterminada particular dentro del
cuerpo del paciente para el tratamiento de patologías tales como
isquemia de tejido y tejidos post-isquémicos. Como
se representa esquemáticamente en la figura 1, una realización de
tal sistema incluye un conjunto de bomba de sangre 20 adaptado para
recibir un suministro de sangre de un conjunto de administración de
sangre 10. El conjunto de administración de sangre 10 puede incluir
un suministro de sangre previsto para infusión a un paciente o a
otra posición particular deseada. A modo de ejemplo, y sin
limitación, el suministro de sangre puede ser recibido de una bolsa
u otro depósito de sangre; de un dispositivo de transferencia de
sangre, tal como un sistema de bypass cardiaco, oxigenador de
sangre, conjunto de filtración de sangre, corazón artificial y
análogos; de otros individuos o del paciente.
El conjunto de bomba 20 proporciona la sangre a
un conjunto de oxigenación de la sangre 30. El conjunto de
oxigenación 30 incluye un aparato para elevar el pO_{2} de la
sangre, ventajosamente a niveles hiperoxémicos o hiperbáricos. En
una realización, el conjunto de oxigenación incluye un oxigenador de
membrana a alta presión. En otra realización, el conjunto de
oxigenación incluye un oxigenador líquido a líquido.
El conjunto de oxigenación 30 oxigena sangre
recibida del conjunto de bomba 20. La sangre oxigenada es
suministrada posteriormente a un conjunto de administración 40 para
administración a una posición deseada. Ventajosamente, la
oxigenación de la sangre tiene lugar al menos en parte a una presión
superior a la presión atmosférica, y la sangre oxigenada se
administra con una caída de presión concomitante, de modo que se
evita la formación de burbujas clínicamente significativas, es
decir, la oxigenación y la administración de la sangre se realizan
sin burbujas.
Qué constituye administración sin burbujas
variará dependiendo de las circunstancias implicadas en una
aplicación particular. Ventajosamente, la administración sin
burbujas tendrá lugar con una ausencia completa de burbujas. Sin
embargo, en algunos casos de administración "sin burbujas", se
puede administrar una o más (tal vez incluso miles de) burbujas
clínicamente no significativas, en particular cuando las burbujas de
gas incluyen burbujas de gas oxígeno, que se considera que son más
fácilmente aceptadas por el cuerpo que burbujas de otros gases.
Además, un nivel clínicamente aceptable de burbujas en una
aplicación (por ejemplo, un procedimiento coronario) podría no ser
clínicamente aceptable en otra aplicación (por ejemplo, un
procedimiento neurológico).
Disponemos de pocos datos escritos. Sin embargo,
para aplicaciones cardiológicas de intervención, por ejemplo, un
factor que resuelve la cuestión de qué constituye una burbuja
clínicamente significativa puede ser el volumen total de gas, por
kilogramo de peso corporal, distribuido a la circulación coronaria.
En casos donde el gas es aire (en contraposición a casos que
implican burbujas de gas oxígeno), angiógrafos expertos han
atestiguado que una sola burbuja o múltiples burbujas de hasta
aproximadamente 3 mm (3000 \mum) de diámetro embolizan una
arteria coronaria de un paciente durante un procedimiento
angiográfico sin un problema clínico resultante. El volumen de aire
en una burbuja de 3 mm de diámetro es aproximadamente 14
microlitros. Así, este volumen de aire, embolizado como una sola
burbuja en una arteria coronaria humana es benigno. Además, Khan y
colaboradores (1995) Coronary Air Embolism: Incidence, Severity, and
Suggested Approaches to Treatement, Catheterizarion and
Cardiovascular Diagnosis 36:313-18, estudiaron
retrospectivamente 3715 angiogramas coronarios para conocer la
incidencia y la severidad de embolismo aéreo coronario, y severidad
clínica relacionada con el volumen de burbuja de la siguiente
manera: mínimo (varias burbujas que desaparecen inmediatamente sin
síntomas); suave (1 ml de aire con síntomas transitorios suaves);
moderado (2-3 ml de aire generalmente asociado con
síntomas severos); y masivo (>3-5 ml de aire
asociado con serias complicaciones con riesgo para la vida). El
efecto clínico suave observado con 1 ml de aire en el estudio es
aproximadamente equivalente a experimentar una sola burbuja con un
diámetro de 12 mm, dado que el volumen de esta burbuja es 1 ml.
Así, parece que una burbuja de aire de 3 mm de diámetro es
clínicamente insignificante: es un volumen mínimo de aire por
unidad de peso corporal.
Consiguientemente, para una aplicación coronaria
en la que las burbujas de interés primario son burbujas de oxígeno,
se considera que un volumen total de gas administrado de menos de
entre aproximadamente 1-2 ml representa
insignificancia clínica. Sin embargo, dado que el oxígeno es
consumido metabólicamente, no se considera que una infusión de
burbujas de oxígeno sea tan traumática como la infusión de gases
inertes (por ejemplo, nitrógeno).
Pasando ahora a la figura 2, un conjunto de
oxigenación ejemplar se ilustra esquemáticamente incluyendo un
conjunto oxigenador de membrana a alta presión 50. El conjunto
oxigenador de membrana 50 incluye una membrana 52 que divide
efectivamente el conjunto 50 en dos compartimientos de fluido
separados: un compartimiento de lado de gas 54 y un compartimiento
de lado de sangre 56. El gas oxígeno de un conjunto de suministro de
gas oxígeno 58 es suministrado al interior del compartimiento 54 a
una presión P1. Ventajosamente, el conjunto 58 es una botella de
oxígeno regulada y la presión P1 es una presión superior a la
atmosférica e inferior a aproximadamente 30 psia. Muy
ventajosamente, la presión P1 es aproximadamente 2 atmósferas. La
sangre a oxigenar es suministrada por un conjunto de administración
de sangre 60 al interior del compartimiento 56 a una presión P2.
Ventajosamente, la presión P2 es superior a aproximadamente P1, y se
evita flujo másico de gas a través de la membrana 52.
Cuando el gas oxígeno es proporcionado al
compartimiento 54 y la sangre proporcionada por el conjunto de
administración de sangre 60 fluye a través del compartimiento 56, se
difunde oxígeno a través de la membrana 52 para oxigenar la sangre.
La sangre oxigenada sale del compartimiento 56 mediante una línea
62, por ejemplo, para administración mediante un catéter al cuerpo
del paciente.
En un ejemplo comparativo alternativo el
conjunto oxigenador de membrana está provisto de un agujero de
salida de gas 64, de modo que pueda fluir gas a través del
compartimiento 54 cuando el agujero de salida 64 esté abierto.
Ventajosamente, el agujero de salida 64 incluye una válvula
regulable u otros medios operables para controlar la tasa de flujo
de gas a través del compartimiento 54 para una presión dada P1. La
corriente de fluido que sale de compartimiento 54 puede ser
ventilada a la atmósfera o a medios adecuados para procesar y
desechar el fluido de salida. Dependiendo de las circunstancias
implicadas en una aplicación particular, se pueden difundir gases a
través de la membrana 52 de la sangre que fluye a través del
compartimiento 56 para unirse a la corriente que sale del
compartimiento 54.
La forma que puede tomar el conjunto oxigenador
de membrana 50, y su tamaño y forma exactos, pueden variar
dependiendo de las circunstancias implicadas en una aplicación
particular. A modo de ejemplo solamente, el conjunto oxigenador de
membrana 50 puede incluir un oxigenador de haz de fibras de flujo
externo en el que el compartimiento 54 incluye una pluralidad de
fibras huecas a través de las que puede fluir gas; el
compartimiento 56 incluye un alojamiento o recipiente rodeando las
fibras huecas y dentro del que la sangre suministrada al interior
del alojamiento o recipiente puede contactar la superficie exterior
de las fibras huecas; y la membrana 52 incluye el área superficial
activa total de las fibras huecas a través de las que se difunde
oxígeno cuando la sangre es suministrada al interior del alojamiento
o recipiente y se suministra gas oxígeno al interior de las fibras
huecas.
En un ejemplo comparativo alternativo (véase la
figura 3), el oxigenador de membrana a alta presión incluye un
conjunto oxigenador de sangre del tipo de fibras huecas y flujo
interno. Ventajosamente, el conjunto incluye un conjunto de
alojamiento de forma generalmente cilíndrica flojamente empaquetado
con una pluralidad de fibras huecas 70. El alojamiento incluye
ventajosamente una porción de cuerpo principal generalmente tubular
72 que tiene extremos primero y segundo; y tapones de extremo 74, 76
unidos fijamente (por ejemplo, con adhesivo UV) a los extremos
primero y segundo, respectivamente. Los extremos de las fibras
huecas 70 están fijados ventajosamente dentro del conjunto de
alojamiento por un material encapsulante, por ejemplo, una resina
de poliuretano. Ventajosamente, el material encapsulante forma
barreras de fluido 78, 80 cerca de los extremos primero y segundo,
respectivamente. Las fibras huecas 70 se extienden a través de las
barreras 78, 80, de modo que el conjunto de alojamiento incluye
cuatro regiones de flujo de fluido dentro del conjunto de
alojamiento: un colector de entrada de sangre 82, incluyendo el
espacio de fluido definido por la barrera 78 y el tapón 74; un
colector de salida de sangre 84, incluyendo el espacio de fluido
definido por la barrera 80 y el tapón 76; una cámara de oxígeno 86,
incluyendo el espacio de fluido definido por las barreras 78, 80,
la porción de cuerpo de alojamiento 72, y las superficies externas
de las fibras huecas 70; y el interior de fibras huecas 70, región
que incluye una pluralidad de recorridos continuos de fluido entre
los colectores de entrada y salida de sangre 82, 84.
Ventajosamente, el tapón de extremo 74 incluye
un orificio de entrada de sangre 88, y el tapón 74 está provisto de
un conector luer 92 para acoplar soltablemente el conjunto
oxigenador a un aparato para proporcionar un suministro de sangre a
oxigenar. El tapón de extremo 76 incluye un orificio de salida de
sangre 90, y el tapón 76 está provisto de un conector luer 94 para
acoplar soltablemente el conjunto oxigenador a un aparato de
administración de sangre oxigenada, por ejemplo, un tubo y catéter o
alambre de guía de infusión. La porción de cuerpo de alojamiento 72
incluye orificios de entrada y salida de gas 96, 98,
respectivamente. El orificio de entrada de gas 96 está provisto
ventajosamente de un conector luer 100 para acoplar soltablemente
el conjunto oxigenador a un conjunto de suministro de gas oxígeno.
El orificio de salida de gas 98 está provisto ventajosamente de un
conector luer 102 para acoplar soltablemente el conjunto oxigenador
a un aparato para ventilar la corriente de gas que sale del
conjunto oxigenador a la atmósfera o a un conjunto de filtro antes
del desecho.
Así, se facilita un método en el que se
suministra oxígeno a la cámara de oxígeno 86 a una presión superior
a la atmosférica. La sangre entra en el colector de entrada de
sangre 82 mediante el orificio 88 y avanza a través de las fibras
huecas 70 donde la oxigenación de la sangre tiene lugar en virtud de
la difusión de oxígeno a través de las fibras 70. La transferencia
de gas masivo se evita manteniendo la presión de la sangre por
encima de la presión de gas. La sangre oxigenada sale entonces del
conjunto oxigenador mediante el colector de salida de sangre 84 y
el orificio 90 para administración a una posición dada.
Las fibras huecas 70 incluyen ventajosamente un
tramo de 160 cm de fibras enmarañadas (cada fibra tiene
ventajosamente aproximadamente 8-10 cm de longitud)
flojamente enrolladas en una forma cilíndrica, de modo que quede un
espacio de aproximadamente 1,27 mm (0,05 pulgada) entre el diámetro
exterior del rollo de fibras y el diámetro interior del alojamiento
del oxigenador. Los extremos de las fibras cerca de los colectores
de entrada y salida están ventajosamente abiertos y limpios. Una
fibra enmarañada especialmente ventajosa comercialmente disponible
para uso es la esterilla de fibra Akzo Oxyphan^{TM}, una esterilla
de fibra hueca de polipropileno incluyendo 16,8 fibras/cm, teniendo
cada fibra un grosor de pared de aproximadamente 50 \mum y
aproximadamente un diámetro interior de 280 \mum, que se puede
obtener de Akzo Nobel, Alemania.
Para un pO_{2} dado de sangre de entrada y una
presión especificada de oxígeno en el lado de gas de la membrana,
así como una tasa especificada de flujo de sangre y un diámetro de
alojamiento de fibra, la longitud del oxigenador de membrana se
puede determinar para asegurar saturación de oxígeno de equilibrio.
Naturalmente, muchas variaciones son posibles. A modo de ejemplo
solamente, y sin limitación, una unidad que tiene un diámetro de
aproximadamente 4 cm y una longitud de aproximadamente 10 cm, con un
volumen de vacíos de aproximadamente 0,4 para fibras de
aproximadamente 380 \mum de diámetro exterior y aproximadamente
280 \mum de diámetro interior, es suficiente lograr saturación de
equilibrio para una tasa de flujo de sangre de aproximadamente 200
ml/minuto. Tal dispositivo tendría un volumen total de sangre de
cebado de aproximadamente 41 ml. Naturalmente, tasas de flujo de
sangre inferiores, fibras de menor diámetro, empaquetadura más
apretada de las fibras, y un aumento de la presión de oxígeno
reducirá el tamaño necesario del dispositivo, que es independiente
del pO_{2} deseado de la sangre. En cualquier caso, la amplia
caracterización de los coeficientes de transferencia de masa que se
requiere típicamente para oxigenadores de sangre de membrana y flujo
externo es innecesaria, y se pueden lograr volúmenes de cebado más
pequeños.
En un ejemplo comparativo, se puede obtener una
aproximación de la transferencia de oxígeno a la sangre usando un
modelo basado en la ecuación de difusión convectiva que considera el
flujo de sangre a través de un tubo circular como una variante del
problema de transferencia de masa de
Graetz-Nusselt-Leveque para difusión
de soluto a través de las paredes de un tubo en el que el
disolvente experimenta flujo laminar de
Hagen-Poiseuille. Bajo este modelo, para oxígeno
suministrado a través de las paredes del tubo a una presión parcial
igual a la presión de gas oxígeno suministrado al oxigenador, como
se representa a modo de ejemplo en la figura 16, el tamaño del
oxigenador se puede determinar mediante la aplicación al modelo de
varias variables (por ejemplo, tasa de flujo de sangre, solubilidad
del oxígeno, el número y/o tamaño de las fibras, difusividad del
oxígeno en la sangre, etc). Para una tasa máxima deseada de flujo de
sangre Q_{max}, el tamaño del oxigenador se minimiza
ventajosamente de manera que se pueda lograr una eficiencia deseada
\beta, donde \beta es la relación del pO_{2} de sangre de
salida pO_{2(out}) y la presión de gas oxígeno. Como se
representa en la figura 16, para una tasa de flujo de sangre de 75
ml/minuto con un oxigenador incluyendo 4100 fibras de 280 \mum de
diámetro interno, una longitud del oxigenador de aproximadamente 6
cm o más da lugar a una eficiencia \beta = 1.
También se puede usar otros modelos para
determinar la transferencia de oxígeno, por ejemplo, modelos basados
en evidencia empírica de coeficientes de transferencia de masa, o
modelos de transferencia de masa adaptados a aplicaciones
específicas que implican otras condiciones límite de transferencia
de masa, geometrías de flujo, fluidos, parámetros operativos, etc.
Ventajosamente, el modelo de transferencia de oxígeno puede ser
usado para caracterizar un oxigenador con el fin de promover su
selección por un cuidador para una aplicación particular. En una
realización, se facilita un método incluyendo los pasos de usar un
modelo de transferencia de oxígeno para caracterizar un conjunto
oxigenador con el fin de promover la selección del dispositivo para
una aplicación en la que se ha de administrar sangre oxigenada al
paciente a una tasa de flujo y pO_{2} deseados. Más
ventajosamente, la sangre oxigenada se suministra a un nivel de
pO_{2} superior a aproximadamente 101 kPa (760 mm Hg).
Dado que el dispositivo puede estar diseñado
ventajosamente para transferencia de masa de equilibrio, también
puede tener lugar transferencia de calor de equilibrio. Así, un
requisito del sistema puede incluir medios para controlar la
temperatura de la sangre que sale del conjunto. A modo de ejemplo,
un dispositivo de calentamiento simple podría incluir, por ejemplo,
una manta eléctrica envuelta alrededor de la unidad oxigenadora,
con control de realimentación, para mantener la temperatura de la
sangre a aproximadamente 37ºC.
Pasando a la figura 4, se representa un circuito
extracorporal para oxigenar sangre incluyendo un oxigenador de
membrana a presión alta 110. Los requisitos del sistema pueden
incluir un conjunto de bomba de sangre 112 y un conjunto de
suministro de gas oxígeno 114 acoplado operativamente al oxigenador
de membrana a alta presión 110. Otros componentes pueden incluir
dispositivos de control de la temperatura de la sangre, aparato de
detección de burbujas, sensores de presión/temperatura, sensores de
pO_{2}, etc (no representados en la figura 4). Ventajosamente,
los varios componentes del sistema están acoplados operativamente a
un conjunto de procesado y control 116 incluyendo circuitería
electrónica para permitir el envío y la recepción de entradas de
señal y/u órdenes de control entre uno o más de los varios
componentes del sistema. Un conjunto de visualización 118 acoplado
al conjunto de procesado y control 116 puede servir como una
interface de usuario separada para la entrada de datos y/u órdenes
de control de proceso y/o para la visualización del estado del
sistema y/o procesar salidas.
Las características de flujo de la sangre
oxigenada que sale del conjunto oxigenador de membrana 110
dependerán de las circunstancias que rodean a la aplicación
particular implicada. Típicamente, por ejemplo, el suministro de
sangre oxigenada proporcionado a un catéter para infusión al cuerpo
del paciente será un flujo controlado definido por los parámetros
de flujo seleccionados por el cuidador. En una aplicación que
implica la administración sub-selectiva de sangre
oxigenada para el tratamiento de tejidos isquémicos y/o la
prevención de isquemia, tasas de flujo de aproximadamente
75-100 ml/minuto pueden ser ventajosas. De nuevo,
los factores que influyen en la determinación de las características
de flujo de sangre pueden incluir uno o más de los muchos
parámetros clínicos o variables de la sangre oxigenada a suministrar
al catéter o a administrar al paciente, por ejemplo, el tamaño del
paciente, el porcentaje de circulación general a proporcionar, el
tamaño del vaso sanguíneo a acceder, hemólisis, hemodilución,
pO_{2}, pulsatilidad, tasa de flujo másico, tasa de flujo
volumétrico, temperatura, concentración de hemoglobina y
pH.
pH.
Pasando a la figura 5, se representa
esquemáticamente una realización alternativa de un conjunto de
oxigenación incluyendo un conjunto de oxigenación líquido a líquido
200. El conjunto 200 combina ventajosamente un suministro de fluido
supersaturado con oxígeno recibido de un conjunto de suministro 210
con un suministro de sangre recibida de un conjunto de suministro
220 para formar sangre oxigenada para administración a una posición
dada.
En un ejemplo comparativo, el fluido
supersaturado con oxígeno incluye ventajosamente un volumen de
oxígeno disuelto normalizado a temperatura y presión estándar de
entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 3 veces el volumen del
disolvente. El fluido puede ser suministrado al sistema a una
presión de entre aproximadamente 690 kPa (100 psi) y
aproximadamente 34 kPa (5000 psi), más ventajosamente entre
aproximadamente 690 kPa (100 psi) y 4100 kPa (600 psi), aunque la
presión exacta puede variar dependiendo de las circunstancias
implicadas en una aplicación particular. Además, el fluido
supersaturado con oxígeno suministrado puede ser estéril y tener un
recorrido de administración que no incluye gas o lugares
superficiales en los que pueden nuclear y/o crecer burbujas
potencialmente clínicamente significativas.
Como se describe aquí, un fluido preferido para
uso según la presente invención es un fluido supersaturado con
oxígeno. Sin embargo, otros fluidos supersaturados con gas pueden
ser usados dependiendo de las circunstancias implicadas en una
aplicación particular deseada, tal como, por ejemplo, fluidos
supersaturados en los que están disueltos uno o más gases tales
como helio, óxido nitroso, dióxido de carbono y aire.
Aparatos ejemplares y métodos para la
preparación y administración de fluidos supersaturados con oxígeno
se describen en la Patente de Estados Unidos número 5.407.426 de
Spears titulada "Método y aparato para administrar oxígeno a
sangre"; la Patente de Estados Unidos número 5.569.180 de Spears
titulada "Método para administrar un fluido supersaturado con gas
a un lugar de gas agotado y su uso"; la Patente de Estados Unidos
número 5.599.296 de Spears titulada "Aparato y método de
administración de líquidos supersaturados con gas"; y la Patente
de Estados Unidos número 5.893.838 de Daoud y colaboradores titulada
"Sistema y método para administración a presión alta de fluidos
supersaturados con gas". Además, la descripción relativa a
aparatos y métodos ejemplares para la preparación y/o uso de
fluidos supersaturados con gas, incluyendo, por ejemplo, fluidos
supersaturados con oxígeno, en varias aplicaciones, se pueden hallar
en las siguientes patentes y solicitudes de patente: Solicitud de
Patente de Estados Unidos, en tramitación, número de serie
08/581.019, presentada el 3 de enero de 1996, que es continuación
parcial de la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de
serie 273.652, presentada el 12 de julio de 1994, ahora la Patente
de Estados Unidos número 5.569.180, que es continuación parcial de
la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 152.589,
presentada el 15 de noviembre de 1993, ahora la Patente de Estados
Unidos número 5.407.426, que es continuación parcial de la
Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 818.045,
presentada el 8 de enero de 1992, ahora la Patente de Estados
Unidos número 5.261.875, que es una continuación de la Solicitud de
Patente de Estados Unidos número de serie 655.078, presentada el 14
de febrero de 1991, ahora la Patente de Estados Unidos número
5.086.620.
En un ejemplo comparativo alternativo (véase la
figura 10), el conjunto de suministro de fluido supersaturado con
oxígeno incluye un aparato incluyendo una cámara 300 acoplada a una
fuente regulada de gas oxígeno 310 que mantiene una presión deseada
en la cámara 300. Ventajosamente, el volumen de la cámara es
aproximadamente 100 ml, y la presión en la cámara 300 es
aproximadamente 4100 kPa (600 psi) un fluido fisiológico (por
ejemplo, salina) entra en la cámara 300 a través de una boquilla
320. La boquilla 320 forma ventajosamente gotitas de fluido a las
que se difunde oxígeno cuando las gotitas avanzan dentro de la
cámara 300. Más ventajosamente, la boquilla 320 incluye una
boquilla atomizadora adaptada para formar un cono de gotita 330
definible por un ángulo incluido \alpha, que es ventajosamente
aproximadamente 20 a aproximadamente 40 grados a presiones
operativas de la cámara (por ejemplo, aproximadamente 4100 kPa (600
psi)) para una caída de presión a través de la boquilla 320 de más
de aproximadamente 103 kPa (15 psi). La boquilla 320 es una boquilla
atomizadora presurizada, arremolinada, de tipo simple, incluyendo
un orificio de fluido de aproximadamente 100 \mum de diámetro.
Ventajosamente, la boquilla 320 forma finas gotitas de fluido de
menos que aproximadamente 100 \mum de diámetro, y más
ventajosamente de aproximadamente 25 \mum. El fluido es
suministrado ventajosamente a la cámara 300 por una bomba 340
acoplada operativamente a un conjunto de suministro de fluido 350.
El fluido se suministra ventajosamente a una tasa controlada en
base a la tasa de flujo deseada de fluido supersaturado con
oxígeno. En la parte inferior de la cámara 300 se recoge fluido
formando un baño 360 que incluye ventajosamente fluido que tiene un
volumen de gas disuelto normalizado a temperatura y presión estándar
de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 3 veces el volumen
del disolvente. El fluido se saca de la cámara 300 (por ejemplo,
mediante una bomba 370, que permite ventajosamente el control de la
tasa de flujo, o en virtud de la presión en la cámara 300) para
administración a una posición dada (por ejemplo, a un conjunto de
oxigenación de la sangre).
Más ventajosamente, como se representa en la
figura 11, el fluido supersaturado con oxígeno se produce atomizando
un líquido fisiológico tal como salina proporcionada desde un
conjunto de suministro 400 a una cámara 410 presurizada a
aproximadamente 4100 kPa (600 psi) por oxígeno. El oxígeno es
suministrado ventajosamente a la cámara 410 desde un conjunto de
suministro de oxígeno 412, por ejemplo, una botella E de grado
médico.
Se suministra ventajosamente salina a la cámara
410 (por ejemplo, desde una bolsa de salina u otro depósito)
mediante la boquilla 411 por un conjunto en forma de pistón
incluyendo una bomba de jeringa 416 capaz de administrar 4100 kPa
(600+ psi) de salina de forma continua o intermitentemente
dependiendo de las circunstancias implicadas en una aplicación
particular. La bomba de jeringa 416 incluye ventajosamente un pistón
418 acoplado operativamente a un conjunto motor 420. Una válvula de
retención 422 evita la pérdida indeseada de fluido de la línea 413
durante el llenado de la bomba de jeringa 416. Una válvula de
retención 424 evita el flujo indeseado de salina al conjunto de
suministro de fluido 400 cuando sale fluido de la bomba de jeringa
416. Ventajosamente, la bomba de jeringa 416 incluye un depósito de
fluido que tiene un volumen de aproximadamente 10 a aproximadamente
100 ml, aunque se puede usar bombas de jeringa de diferente tamaño
dependiendo de las circunstancias implicadas en una aplicación
particular. Además, la entrada de la cámara se filtra ventajosamente
para protegerla de cualquier residuo que podría estar presente en
el sistema de bombeo.
Se utilizan ventajosamente tres válvulas de
aguja 426, 428, 430 para controlar el flujo de fluido a y de la
cámara 410. La tabla II describe los modos de operación de las
agujas. Durante la operación normal, el sistema de bombeo está
apagado y solamente la válvula de administración (aguja 430) está
abierta para permitir la administración de fluido de la cámara 410
mediante el lumen de salida de fluido 401 y la salida del conjunto
402, por ejemplo, a un conjunto de oxigenación de la sangre. Cuando
hay que llenar la cámara (por ejemplo, en respuesta a una señal del
sensor que indica que el nivel de fluido en la cámara ha caído a un
nivel predeterminado), se inicia ventajosamente una secuencia de
llenado en dos partes. En la primera parte de la secuencia de
llenado, el sistema de bombeo está activado y el flujo de dilución
está activado, es decir, la válvula de dilución (aguja 426) está
abierta para permitir la administración de fluido desde la línea 413
a la cámara 410 mediante la línea 403. En la segunda parte, la
aguja 426 se cierra, y el flujo se dirige desde la línea 413 a
través de la boquilla atomizadora 411 mediante la línea 405. La
válvula de administración (aguja 430) permanece abierta durante
ambas partes de la secuencia de llenado. Variando el tiempo de cada
parte de la secuencia de llenado se puede variar la concentración
del fluido en la cámara. Por ejemplo, para lograr una concentración
de 2050 kPa (300 psi) en una cámara presurizada a 4100 kPa (600
psi), durante un tiempo de llenado total de 40 segundos cada parte
de la secuencia de llenado en dos partes durará aproximadamente 20
segundos. La válvula de retención 434 evita el reflujo de la cámara
a través de la boquilla atomizadora al sistema de bombeo cuando se
está llenando el depósito del sistema de bombeo. Ventajosamente, la
válvula de retención 434 incluye una bola que asienta bajo presión
contra una porción del cuerpo de válvula para evitar el reflujo
indeseado de fluido. Además, para poner la cámara en derivación, es
decir, de modo que el fluido ni entre ni salga de la cámara, se
inicia una secuencia de lavado. Durante el lavado, la válvula de
administración (aguja 430) y la válvula de dilución (aguja 426)
están cerradas, la válvula de lavado (aguja 428) está abierta, y el
sistema de bombeo está activado, de modo que pasa salina no
oxigenada a través del sistema.
\vskip1.000000\baselineskip
Ventajosamente, cada una de las agujas 426, 428,
430 se abre o cierra independientemente o en unión con la apertura
y el cierre de una o más agujas, para lograr un flujo deseado de
fluido supersaturado con oxígeno del conjunto. El conjunto
accionador 432 puede incluir medios de conmutación, por ejemplo,
solenoides, acoplados operativamente a cada válvula para mover las
válvulas entre posiciones abierta y cerrada.
La cámara 410 incluye ventajosamente un
alojamiento desechable 415 y tapón 417 unido (por ejemplo, por
enganche roscado) o unido fijamente (por ejemplo, por adhesivo UV)
con el fin de definir el espacio interior en el que se introducen
salina y oxígeno. La cámara 410 puede incluir además un conjunto de
filtro bacteriano 414 para sacar particulados indeseados del gas
que entra en la cámara 410. El alojamiento 415 y el tapón 417 se
pueden formar de policarbonato o de otro material biocompatible
adecuado.
Para seguridad, la cámara 410 puede estar
dispuesta al menos en parte dentro de un conjunto de alojamiento
protector 438, incluyendo, por ejemplo, un soporte de acero
inoxidable. En una realización, se puede colocar un bloque 419
dentro del soporte 438 encima de la cámara 410. Ventajosamente, el
bloque 419 está provisto de un rebaje o porción superficial
inferior de forma generalmente cóncava, de modo que se defina una
cámara impelente de gas 421 por la superficie inferior del bloque
419 y el extremo superior o superficie de la cámara 410.
Ventajosamente, el límite entre el bloque 419 y la cámara 410 está
sellado (por ejemplo, con una junta tórica, junta estanca u otros
medios de sellado). Un aro 423 en enganche roscado con el soporte
438 puede ayudar a retener el bloque 419 sellado y a colocarlo
contra la cámara 410 cuando se introduce gas oxígeno del conjunto
de suministro 412 en la cámara impelente 421 a través de un orificio
de entrada de gas en el bloque 419. Desde la cámara impelente 421
puede entrar gas en la cámara 410 a través del filtro 414 dispuesto
a lo largo de un orificio a través del tapón 417. Ventajosamente,
las presiones de gas dentro de la cámara impelente 421 y la cámara
410 son aproximadamente iguales.
Ventajosamente, la cámara 410 y otros
componentes del sistema incluyen uno o más sensores, por ejemplo,
sensores de nivel de fluido, transductores de presión, etc (no
representados en la figura 11) para poder supervisar el estado del
sistema durante la operación. Ventajosamente, los sensores y varios
componentes del sistema están acoplados a un conjunto de procesado
y control 436 incluyendo circuitería electrónica para permitir el
envío y la recepción de entradas de señal y/u órdenes de control
entre uno o más de los varios componentes del sistema. Un conjunto
de visualización 440 acoplado al conjunto de procesado y control 436
puede servir como una interface de usuario separada para la entrada
de datos y/u órdenes de control de proceso y/o para la
visualización del estado del sistema y/o procesar salidas.
Por razones de claridad y conveniencia, los
conjuntos de suministro de fluido supersaturados con oxígeno tal
como los representados en las figuras 10 y 11 se han descrito
incluyendo conjuntos atomizadores líquidos. Sin embargo, se puede
usar otros medios para contactar el líquido y gas. Por ejemplo, en
algunos casos puede ser deseable disponer el líquido dentro de la
cámara presurizada como una película fina en contacto con gas
oxígeno. La película de líquido se puede crear, por ejemplo, por
chapas, tamices, pantallas u otros medios mecánicos o disponer
dentro o formando parte de la cámara. Además, se puede usar
conjuntos de suministro de fluido distintos de las realizaciones de
bomba y bomba de jeringa, dispositivos de válvula, y/o recorridos
de flujo líquido representados en combinación con los varios otros
componentes aquí descritos.
Pasando ahora a la figura 6, se representa un
circuito de oxigenación extracorporal de la sangre incluyendo un
conjunto de bomba 500 operable a distribuir sangre retirada de un
paciente a un conjunto de oxigenación ejemplar líquido a líquido
600. El conjunto 600, del que se representan porciones con más
detalle en las figuras 7A-E, incluye ventajosamente
un alojamiento de inyector 610, un conjunto de pared lateral 620, y
un tapón 630 unido con el fin de definir un espacio interior 612
dentro del que la sangre proporcionada por el tubo de suministro
640 se mezcla con fluido supersaturado con oxígeno proporcionado por
el conjunto capilar 650 para formar sangre oxigenada. La sangre
oxigenada sale del espacio interior 612 por la salida 614 para
administración mediante el tubo de retorno 660 a un aparato de
administración de fluido 510. El alojamiento de inyector 610, el
conjunto de pared lateral 620, el tapón 630, y otros componentes del
conjunto son ventajosamente desechables y se hacen de materiales
biocompatibles, por ejemplo, policarbonato, polietileno y análogos.
Los tubos incluyen ventajosamente tubos de PVC de calidad
médica.
El tubo de suministro de sangre 640, que puede
incluir un orificio de supervisión de presión 642, incluye
ventajosamente un recorrido continuo de flujo de sangre entre un
primer extremo de tubo acoplado operativamente a la salida del
conjunto de bomba de sangre 500 y un segundo extremo de tubo unido
fijamente al alojamiento de inyector 610 y en comunicación de
fluido con el espacio interior 612, por ejemplo, mediante un paso
de fluido 644 que se extiende a través de al menos una porción del
alojamiento 610 e incluyendo un orificio de fluido 646.
Ventajosamente, la sangre sale a través del orificio 646 creando un
flujo vorticial o ciclónico dentro del espacio interior 612, por
ejemplo, a lo largo de un recorrido sustancialmente tangencial a la
pared de la cámara.
El conjunto capilar 650 incluye ventajosamente
un único capilar de sílice fundida que tiene un diámetro interior de
100 \mum y un diámetro exterior de 350 \mum, que incluye un
recorrido continuo de fluido entre un primer extremo del conjunto
650 acoplado operativamente a la salida de un conjunto de suministro
de fluido supersaturado con oxígeno 550 y un segundo extremo del
conjunto 650 dispuesto para permitir que salga fluido del capilar
entrando en el espacio interior 612 del oxigenador líquido a
líquido. Ventajosamente, el conjunto capilar 650 incluye entre sus
extremos primero y segundo un adaptador luer 652 para fijar el
capilar en posición después de colocarse dentro de un lumen 654 que
pasa a través de al menos una porción del alojamiento de inyector
610 al espacio interior 612. El conjunto capilar también puede
incluir ventajosamente un conjunto de soporte (por ejemplo, un tubo
rígido dentro del que se dispone al menos una porción del capilar)
cerca del segundo extremo del conjunto 650 para ayudar a mantener
el orificio de salida de fluido capilar en posición dentro del
espacio interior 612, y/o un conjunto de alivio de deformación (por
ejemplo, un tubo flexible dentro del que se dispone al menos una
porción del capilar) para contribuir a evitar el curvado excesivo o
las cocas del capilar.
Alternativamente, el conjunto capilar 650 puede
incluir una pluralidad de capilares que tienen diámetros interiores
en el rango de aproximadamente 20 a aproximadamente 1000 \mum,
siendo especialmente ventajoso un diámetro interior de
aproximadamente 100 \mum a aproximadamente 125 \mum. Los
capilares se encapsulan ventajosamente juntamente o unen de otro
modo en sus superficies exteriores para formar un solo haz capilar.
Los capilares también se pueden formar de vidrio, PEEK (poli éter
éter cetona) u otro material biocompatible. El tratamiento de los
capilares con un recubrimiento humectable con agua o el enjuague con
líquido antes del uso puede ser ventajoso para contribuir a
asegurar que la(s) superficie(s) capilar(es)
interior(es) no promuevan la formación de burbujas
clínicamente significativas.
Ventajosamente, el espacio interior 612 es
presurizable, de modo que durante la operación se acumula un
suministro de sangre en la parte inferior y una carga de gas en la
parte superior del conjunto de oxigenación líquido a líquido. El
tapón 630 puede estar provisto de un orificio 632 para poder
supervisar la presión dentro del espacio interior 612. El conjunto
también puede incluir uno o más orificios de muestra de fluido, por
ejemplo, el orificio 634 en el tubo de retorno 660.
Las características de flujo de la sangre
oxigenada que sale del conjunto de oxigenación líquido a líquido
600 dependerán de las circunstancias que rodean la aplicación
particular implicada. Típicamente, por ejemplo, el suministro de
sangre oxigenada proporcionado a un catéter para infusión al cuerpo
del paciente será un flujo controlado definido por los parámetros
de flujo seleccionados por el cuidador. En una aplicación que
implica la administración sub-selectiva de sangre
oxigenada para el tratamiento de tejidos de miocardio isquémico y/o
la prevención de isquemia de miocardio, pueden ser ventajosas tasas
de flujo de aproximadamente 75-100 ml/minuto. De
nuevo, los factores que influyen en la determinación de las
características de flujo de sangre pueden incluir uno o más de los
muchos parámetros clínicos o variables de la sangre oxigenada a
suministrar al catéter o a administrar al paciente, por ejemplo, el
tamaño del paciente, el porcentaje de circulación general a
proporcionar, hemólisis, hemodilución, pO_{2}, pulsatilidad, tasa
de flujo másico, tasa de flujo volumétrico, temperatura, vaso
sanguíneo deseado, concentración de hemoglobina y pH.
Es posible efectuar una aproximación del
pO_{2} de la sangre oxigenada que sale del conjunto de oxigenación
líquido a líquido 600 para una aplicación particular.
Ventajosamente, el conjunto de procesado y control incluye un
ordenador, circuitería electrónica, y/o software de procesado
embebido dentro de la circuitería electrónica (por ejemplo, chips
electrónicos programados) que de forma continua ejecuta un modelo de
aproximación de pO_{2} durante la operación del sistema que tiene
en cuenta y corrige si es necesario posibles variaciones de
pO_{2} resultantes de variables como temperatura, pH, exceso Base
(BE), pCO_{2}, P_{50}, niveles de saturación de
hemoglobina-oxígeno, etc. El conjunto de procesado y
control visualiza ventajosamente los resultados de modelo (por
ejemplo, pO_{2} previsto) para el cuidador en el conjunto de
visualización junto con uno o varios de los valores introducidos,
detectados, calculados u obtenidos de otro modo de las variables
relacionadas con el modelo.
Por ejemplo, un modelo de aproximación de
pO_{2} se puede basar ventajosamente en la ecuación de
Severinghaus. Véase Severinghaus, J. W., Simple, Accurate Equations
for Human Blood O_{2} Dissociation Computations, Journal of
Applied Physiology 46(3):599-602.
Ventajosamente, los valores de pO_{2} del fluido oxigenado y la
concentración de oxígeno se regulan para corregir cualquier
diferencia entre la temperatura del fluido oxigenado que entra en
el conjunto de oxigenación líquido a líquido y la temperatura de la
sangre oxigenada a infundir. La saturación de
hemoglobina-oxígeno se calcula para estimar la
cantidad, si la hay, de oxígeno del fluido oxigenado que se unirá a
la hemoglobina antes de efectuar un aumento de los niveles de
oxígeno en plasma. La diferencia entre el contenido de oxígeno
inicial de la sangre del paciente y el contenido de oxígeno
calculado que lograría una saturación de hemoglobina de 100%
representa la cantidad de oxígeno que se unirá a la hemoglobina
antes de la elevación del pO_{2} en plasma. Calculando la
concentración del fluido oxigenado distribuido a la sangre
circulante, y ajustando después dicha cantidad hacia abajo en una
cantidad igual a la cantidad de oxígeno que se unirá a la
hemoglobina antes de la elevación de pO_{2} en plasma, el
pO_{2}
previsto se puede obtener combinando la concentración ajustada de fluido oxigenado con el pO_{2} inicial del paciente.
previsto se puede obtener combinando la concentración ajustada de fluido oxigenado con el pO_{2} inicial del paciente.
Los valores de pO_{2} previstos ejemplares
obtenidos usando un modelo de aproximación basado en la ecuación de
Severinghaus se exponen en las figuras 14 y 15. La figura 14
representa el pO_{2} previsto en función del pO_{2} de fluido
oxigenado y el pO_{2} sistémico del paciente. La figura 15
representa el pO_{2} previsto en función del pO_{2} de fluido
oxigenado y la tasa de flujo de sangre. Dependiendo de las
circunstancias implicadas en una aplicación particular se pueden
usar ventajosamente otras aproximaciones de modelo de pO_{2}.
Tales aproximaciones de modelo se pueden basar, por ejemplo, en
otras ecuaciones y/o métodos para determinar pO_{2}, como los
descritos en Sharan, M., Singh, M.P., Aminataei, A. (1989) A
Mathematical Model for the Computation of the Oxygen Dissociation
Curve in Human Blood, Biosystems
22(3):249-60; y
Siggard-Anderson, O., Wimberley, P.D., Gothgen, I.,
Siggard-Anderson, M. (1984) A Mathematical Model of
the Hemoglobin-Oxygen Dissociation Curve of Human
Blood and of Oxygen Partial Pressure as a Function of Temperature,
Clin. Chem. 30(10):1646-51.
El aparato de administración 510 puede incluir
cualquier dispositivo de administración de fluido clínicamente
aceptable tal como un catéter (por ejemplo, intercambio rápido, por
cable, etc), alambre de guía de infusión, envuelta y análogos. A
modo de ejemplo solamente, como se representa en las figuras 8 y
8A-F, tal dispositivo de administración incluye un
catéter 700 incluyendo un extremo próximo 710 adaptado para acoplar
a la salida de un conjunto de oxigenación (véase, por ejemplo, los
conjuntos representados en las figuras 4 y 6) y un extremo distal
720 extraíblemente insertable dentro del cuerpo del paciente.
Ventajosamente, el catéter 700 incluye una porción próxima
relativamente rígida 730, para proporcionar empujabilidad y torsión,
una porción distal relativamente flexible 740, que proporciona un
equilibrio de rigidez y flexibilidad para rastrear la vasculatura,
y una porción de transición 750 de rigidez y flexibilidad relativas
intermedias. El catéter 700 incluye un elemento generalmente
tubular que tiene un lumen central 760 formando un recorrido
continuo de fluido entre los extremos 710, 720. La porción distal
740 del catéter 700 incluye ventajosamente un segundo lumen 780 a
través de al menos una porción de su longitud. El segundo lumen 780
incluye ventajosamente un lumen de alambre de guía de
aproximadamente 0,43 mm (0,017 pulgada) de diámetro interior y de
longitud suficiente para promover el seguimiento del catéter sobre
un alambre de guía de 0,36 mm (0,014 pulgada) insertado a través del
lumen 780, y para permitir el intercambio rápido del catéter sin el
uso de hilos de prolongación. Un lumen 780 de aproximadamente 4 cm
de longitud, una porción distal 740 de aproximadamente 5 cm de
longitud, y un catéter general de aproximadamente 140 cm de longitud
pueden ser ventajosos, en particular para aplicaciones que implican
la administración sub-selectiva de sangre
oxigenada.
Puede salir ventajosamente fluido del lumen
central 760 a través de un agujero de extremo situado en la punta
distal del catéter 700 y/o a través de uno o más agujeros laterales
790 dispuestos a lo largo de la porción distal 740. Ventajosamente,
los agujeros laterales 790 están situados a lo largo de la porción
del catéter que se extiende hacia atrás aproximadamente 12,7 mm
(0,5 pulgada) de la punta distal, con agujeros laterales
secuenciales ventajosamente espaciados de modo que los ejes de paso
por los agujeros laterales sean generalmente perpendiculares al eje
central del catéter y aproximadamente paralelos a los ejes
inclinados circunferencialmente desviados uno de otro
aproximadamente 90 grados (compárense, por ejemplo, las figuras 8D y
8E). El lumen de fluido puede ser de cualquier forma, por ejemplo,
forma de D, forma de riñón, redonda, oval, cuadrada, etc.
El catéter 700 puede incluir una o más bandas
marcadoras radioopacas 800 para ayudar al cuidador a colocar el
dispositivo. El extremo distal del catéter 720 también puede incluir
una punta atraumática, ventajosamente de dureza 80 shore, para
promover la facilidad de la colocación sin promover el daño
clínicamente significativo de los tejidos vasculares. El eje
próximo tiene ventajosamente mayor dureza shore que el eje distal
para proporcionar empujabilidad. A modo de ejemplo, la porción
próxima 730 del catéter puede incluir un diámetro exterior de 5 Fr,
un diámetro interior de 3,6 Fr y hacer de un material V de 70 shore;
y la porción distal 740 puede incluir un diámetro exterior de 3,8
Fr, un diámetro interior del lumen de fluido 760 de 2,3 Fr y
hacerse de un material de D 55 shore. Los materiales usados para
hacer el catéter 700 pueden incluir polietileno o cualquier otro
material biocompatible adecuado (por ejemplo, poliuretano,
poliamida, poliéster, elastómeros, PET, termoplásticos, etc).
Pasando a la figura 9, un aparato de
administración de fluido oxigenado incluye ventajosamente un
conjunto de bomba de sangre 900; una primera longitud de tubos 910
entre el conjunto de bomba 900 y un conjunto de oxigenación de la
sangre 920; una segunda longitud de tubos 930 entre el conjunto de
oxigenación de la sangre 920 y un conjunto de administración 940; y
el conjunto de administración 940. Como se representa en la figura
9, el conjunto de administración 940 incluye una porción próxima
950, una porción intermedia 960, y una porción distal 970.
Ventajosamente, el aparato de administración de fluido incluye un
recorrido continuo de fluido entre el conjunto de bomba de sangre
900 y la punta distal 980 del conjunto de administración 940.
Como se representa en la figura 9, la porción
intermedia 960 puede incluir un segmento relativamente corto (por
ejemplo, de aproximadamente 1 cm de longitud) que se estrecha en la
porción próxima 950 para encontrarse con la porción distal 970. En
realizaciones alternativas, la porción intermedia puede incluir un
segmento de transición de mayor longitud incluyendo una o más
porciones unidas extremo con extremo, incluyendo cada porción un
lumen interior de fluido a través del que puede fluir sangre
oxigenada. Variando el tamaño, la forma y los materiales de las
varias porciones de catéter y lúmenes de fluido sanguíneo oxigenado,
se puede obtener un catéter que tiene un diámetro efectivo,
características de manejo, etc, deseados para una aplicación
particular deseada. Además, variando el tamaño y la longitud del
tubo 930, y/o incluyendo restrictores de flujo y/u otros conjuntos
que afectan a la caída de presión a lo largo del recorrido de
administración de sangre oxigenada (por ejemplo, un manguito de
presión), se puede obtener un aparato de administración de fluido
(que en algunos casos se puede caracterizar en términos de un
diámetro efectivo general del recorrido de fluido sanguíneo
oxigenado) para lograr un rango deseado de pO_{2} de sangre
oxigenada para una aplicación particular.
A modo de ejemplo, para un aparato ejemplar de
administración de fluido sanguíneo oxigenado incluyendo un catéter
de 1,4 m de largo acoplado en su extremo próximo a un tubo de
retorno de sangre oxigenada de 3 m que tiene un diámetro interior
de 2,4 mm (0,094 pulgada), la presión de la sangre oxigenada en el
conjunto de oxigenación 920 se representa en la figura 12 en
función de la tasa de flujo de sangre y el diámetro efectivo del
catéter para una aplicación ejemplar que implica la administración
de sangre oxigenada a un paciente que tiene una presión arterial
media de 134 kPa (100 mm Hg) y un hematocrito de 38%, y se
representa en la figura 13 en función del diámetro efectivo
interior del catéter y hematocrito para una aplicación ejemplar que
implica la administración de sangre oxigenada a 75 ml/minuto a un
paciente que tiene una presión arterial media de 13 kPa (100 mm
Hg). Como se representa en las figuras 12 y 13, para una tasa
constante de flujo de sangre Q_{sangre}, a medida que aumenta el
diámetro interior efectivo del catéter, disminuye la presión de la
sangre P_{fluido(manómetro)} en el conjunto de oxigenación
920.
Conociendo la relación simplificada y aproximada
de administración sin burbujas,
\DeltaP_{fluido}>pO_{2(out)}, un cuidador que tiene
un catéter caracterizado por un diámetro interior efectivo puede
usar un gráfico tal como la figura 12 para determinar si se puede
lograr un rango apropiado de tasas de flujo de sangre si el
cuidador usase un aparato de administración de fluido incluyendo el
catéter para administrar sangre que tiene un pO_{2} deseado.
Alternativamente, un cuidador que especifique un pO_{2} deseado de
sangre oxigenada y un rango de tasas de flujo de sangre oxigenada
puede usar un gráfico análogo al representado en la figura 12 como
ayuda para seleccionar un catéter para uso en un aparato de
administración de fluido para una aplicación particular.
Igualmente, se puede usar otros gráficos (por ejemplo, figura 13)
por el cuidador u otros en otras aplicaciones para facilitar la
provisión de un aparato de administración de fluido sanguíneo
oxigenado.
La presente invención se ha descrito en términos
de realizaciones ejemplares. Según la presente invención, los
parámetros operativos del sistema se pueden variar, típicamente
especificándolos y seleccionándolos un médico o cuidador para la
indicación clínica deseada. Además, se contempla que otras
realizaciones, que pueden ser ideadas fácilmente por personas con
conocimientos ordinarios en la técnica en base a las ideas aquí
expuestas, puede caer dentro del alcance de la invención que se
define por las reivindicaciones anexas. La presente invención puede
ser modificada y llevada a la práctica de formas diferentes, pero
equivalentes, que serán evidentes a los expertos en la técnica que
conozcan las ideas aquí expuestas.
Claims (43)
1. Un dispositivo para supersaturar con gas un
fluido incluyendo:
un suministro de fluido (400);
una cámara (410) que tiene una primera entrada,
una segunda entrada, una tercera entrada y una salida (402);
un suministro de gas (412) acoplado para
distribuir gas a la primera entrada de la cámara;
un conjunto de pistón (418) acoplado para
recibir fluido del suministro de fluido (400) y para distribuir el
fluido a la segunda entrada y la tercera entrada de la cámara
(410);
una boquilla (411) acoplada a la tercera entrada
de la cámara (410), suministrando la boquilla (411) el fluido desde
el conjunto de pistón (418) a la cámara (410);
una primera válvula acoplada a la salida (402)
de la cámara (410), estando acoplada la primera válvula a un
conjunto accionador (432) para controlar la distribución de fluido
supersaturado con gas desde la cámara (410);
y
y
una segunda válvula acoplada a la segunda
entrada, estando acoplada la segunda válvula a un conjunto
accionador (432) para controlar la dilución durante la creación de
fluido supersaturado con gas dentro de la cámara (410).
2. El dispositivo expuesto en la reivindicación
1, incluyendo además una tercera válvula acoplada a un lumen de
fluido a través del que fluye fluido desde el conjunto de pistón
(418), rodeando la cámara (410), cuando la tercera válvula está
abierta y la primera válvula y la segunda válvula están
cerradas.
3. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el suministro de gas (412)
mantiene la presión de fluido dentro de la cámara (410) a un nivel
predeterminado.
4. El dispositivo expuesto en la reivindicación
3, donde el nivel predeterminado es al menos 3,4 mpa (500 psi).
5. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el fluido procedente del
suministro de fluido (400) incluye fluido fisiológico.
6. El dispositivo expuesto en la reivindicación
5, donde el fluido fisiológico incluye salina.
7. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el conjunto de pistón (418)
incluye una jeringa (416).
8. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el gas incluye oxígeno.
9. El dispositivo expuesto en la reivindicación
7, donde la jeringa (416) incluye un pistón, e incluyendo además un
motor (42) acoplado al pistón de la jeringa (416) para presurizar
fluido del suministro de fluido (400) antes de la distribución del
fluido a la cámara (410).
10. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde la segunda válvula se cierra
para facilitar la atomización del fluido a través de la boquilla
(411).
11. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde la segunda válvula se abre para
facilitar la dilución de fluido.
12. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el conjunto accionador (432)
regula la primera válvula para controlar la extracción del fluido
supersaturado con gas procedente de la cámara
(410).
(410).
13. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, incluyendo un conjunto de control
(436) acoplado al conjunto accionador (432).
14. El dispositivo expuesto en la reivindicación
13, incluyendo una pantalla acoplada al conjunto de control
(436).
15. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde el conjunto de pistón (418)
administra el fluido a la tercera entrada de la cámara (410) de
forma continua.
16. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 1 a 14, donde el conjunto de pistón
(418) administra intermitentemente el fluido a la tercera entrada de
la cámara (410).
17. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, incluyendo una primera válvula de
retención acoplada entre el conjunto de pistón (418) y la cámara
(410) para evitar la pérdida de fluido de la cámara (410) durante
la distribución de fluido del suministro de fluido (400) al conjunto
de pistón (418).
18. El dispositivo expuesto en la reivindicación
17, incluyendo una segunda válvula de retención acoplada entre el
conjunto de pistón (418) y el suministro de fluido (400) para evitar
el flujo de fluido al suministro de fluido (400) durante la
distribución de fluido a la cámara (410) por el conjunto de pistón
(418).
19. El dispositivo expuesto en la reivindicación
18, incluyendo una tercera válvula de retención acoplada a la
boquilla (411) para evitar el flujo de fluido y gas desde la cámara
(410) a través de la boquilla (411).
20. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 2 a 19, donde el conjunto accionador
(432) incluye un primer solenoide acoplado a la primera válvula, un
segundo solenoide acoplado a la segunda válvula, y un tercer
solenoide acoplado a la tercera válvula, estando adaptado cada
solenoide respectivo para mover su válvula respectiva entre una
posición abierta y una posición cerrada.
21. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, donde la cámara (410) incluye un
alojamiento desechable acoplado a un tapón.
22. El dispositivo expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes, incluyendo un conjunto de alojamiento
protector dispuesto alrededor de la cámara (410).
23. Un método para supersaturar con gas un
fluido incluyendo los pasos de:
proporcionar un suministro de fluido (400) y un
suministro de gas (412);
proporcionar una cámara (410) que tiene una
primera entrada, una segunda entrada, una tercera entrada y una
salida (402);
proporcionar un conjunto de pistón (418)
acoplado para recibir fluido del suministro de fluido (400) y para
distribuir el fluido a la segunda entrada y a la tercera entrada de
la cámara (410);
proporcionar una boquilla (411) acoplada a la
tercera entrada de la cámara (410) para distribuir el fluido del
conjunto de pistón (418) a la cámara (410);
proporcionar una primera válvula acoplada a la
salida (402) de la cámara (410), estando acoplada la primera
válvula a un conjunto accionador (432) para controlar la
distribución de fluido supersaturado con gas de la cámara
(410);
proporcionar una segunda válvula acoplada a la
segunda entrada, estando acoplada la segunda válvula a un conjunto
accionador (432) para controlar la dilución durante la creación de
fluido supersaturado con gas dentro de la cámara (410); y
proporcionar una tercera válvula acoplada a un lumen de fluido a
través del que fluye fluido desde el conjunto de pistón (418),
rodeando la cámara (410), cuando la tercera válvula está abierta y
la primera válvula y la segunda válvula están cerradas;
recibir fluido de dicho suministro de fluido
(400) por dicho conjunto de pistón (418);
distribuir el fluido a la segunda entrada y a la
tercera entrada de la cámara (410) por dicho conjunto de pistón
(418);
distribuir el fluido desde dicho conjunto de
pistón (418) a la cámara (410) por dicha boquilla (411);
controlar la distribución de fluido
supersaturado con gas desde la cámara (410) por dicha primera
válvula;
controlar la dilución durante la creación de
fluido supersaturado con gas dentro de la cámara (410) por dicha
segunda válvula; y
rodear la cámara (410) abriendo dicha tercera
válvula y cerrando dicha primera válvula y dicha segunda
válvula.
24. El método expuesto en la reivindicación 23,
incluyendo el paso de:
distribuir gas desde el suministro de gas a la
primera entrada de la cámara (410) para mantener la presión dentro
de la cámara (410) a un nivel predeterminado.
25. El método expuesto en la reivindicación 24,
donde el nivel predeterminado es al menos 3,4 mpa (500 psi).
26. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 25, donde el fluido procedente
del suministro de fluido (400) incluye fluido fisiológico.
27. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 26, donde el fluido fisiológico
incluye una solución isotónico para sangre.
28. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 27, donde el conjunto de pistón
(418) incluye una jeringa (416).
29. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 28, donde el gas incluye
oxígeno.
30. El método expuesto en la reivindicación 28,
donde la jeringa (416) incluye un pistón, y donde el método incluye
el paso de:
proporcionar un motor (42) acoplado al pistón de
la jeringa (416) para presurizar fluido desde el suministro de
fluido antes de la distribución del fluido a la cámara (410).
31. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 30, incluyendo el paso de:
cerrar la segunda válvula para facilitar la
atomización del fluido a través de la boquilla (411).
32. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 31, incluyendo el paso de:
abrir la segunda válvula para facilitar la
dilución de fluido.
33. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 32, incluyendo el paso de:
ajustar la primera válvula para controlar la
extracción del fluido supersaturado con gas de la cámara (410).
34. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 33, incluyendo el paso de:
controlar el conjunto accionador (432) para
regular la primera válvula para extracción del fluido supersaturado
con gas de la cámara (410).
35. El método expuesto en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 23 a 34, incluyendo el paso de:
distribuir el fluido a la tercera entrada de la
cámara (410).
36. El método expuesto en la reivindicación 35,
donde el fluido es distribuido de forma continua.
37. El método expuesto en la reivindicación 35,
donde el fluido es distribuido intermitentemente.
38. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 37, incluyendo el paso de:
proporcionar una primera válvula de retención
acoplada entre el conjunto de pistón (418) y la cámara (410) para
evitar la pérdida de fluido de la cámara (410) durante la
distribución de fluido desde el suministro de fluido (400) al
conjunto de pistón (418).
39. El método expuesto en la reivindicación 38,
incluyendo el paso de:
proporcionar una segunda válvula de retención
acoplada entre el conjunto de pistón (418) y el suministro de
fluido (400) para evitar el flujo de fluido al suministro de fluido
(400) durante la distribución de fluido a la cámara (410) por el
conjunto de pistón (418).
40. El método expuesto en la reivindicación 39,
incluyendo el paso de:
proporcionar una tercera válvula de retención
acoplada a la boquilla (411) para evitar el flujo de fluido y gas
desde la cámara (410) a través de la boquilla (411).
41. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 40, donde el conjunto accionador
(432) incluye un primer solenoide acoplado a la primera válvula, un
segundo solenoide acoplado a la segunda válvula, y un tercer
solenoide acoplado a la tercera válvula, estando adaptado cada
solenoide respectivo para mover su válvula respectiva entre una
posición abierta y una posición cerrada.
42. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 41, donde la cámara (410) incluye
un alojamiento desechable acoplado a un tapón.
43. El método expuesto en alguna de las
reivindicaciones precedentes 23 a 42, incluyendo el paso de:
proporcionar un conjunto de alojamiento
protector dispuesto alrededor de la cámara (410).
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