Мембрани за изкуствени бели дробове - медицински полимери

функция на белия дроб, както е известно, не е ограничено до зона газ обмен, т.е.. Е. прехвърлянето на кислород от въздуха в освобождаването на кръв и въглероден диоксид. С работата светлина също е свързано с процеса на обмяната на веществата и механизъм на имунитета, но само един от тези функции - обмяна на газ - може да "възложи" изкуствена светлина.
Неговата поява изкуствена светлина се изисква хирургична намеса гръдната кухина, когато хирургичната интервенция е необходимо да блокират притока на кръв, за да спрете достъпа му до белите дробове, и вместо тях да извършват обмен на кръв газ. За установени отдавна и широко клинично приложение на мобилни телефони, Bubble "Изкуствената светлина", въртящи се (с кръгли вложки), скара и много други видове. Решаващ точка тук е невъзможността на непрекъсната работа на устройството, свързани с факта, че един продължителен контакт на кръвта с въздух води до рязко хемолиза явления отрицателен тип и денатуриране плазмените протеини. За да се предотврати тип мембрана са разработени изкуствени бели дробове, проектирани така, че кръвта влиза в контакт с въздуха през мембраната. В изкуствен бъбрек, описани по-долу, се изчиства от кръвта чрез диализа метаболитен отпадъци при скорост на потока кръв от 200 до 400 мл / мин, премахването настъпва периодично. изкуствен белодробен кръв поток не може да бъде спрян дори за няколко минути, поради непрекъснато поемане на кислород и отделяне на въглероден диоксид.
потребност от кислород е известно, 250 мл / мин кръвния поток и осигурява такова насищане, трябва да се постигне скорост на 3-5 л / мин. Ясно е, че за тази цел е необходимо да се използват такива мембрани, които, в допълнение към пълна съвместимост с кръв, ще бъде пропусклива за кислород и въглероден диоксид. Също така е очевидно, че те трябва да бъдат химически стабилни, не разтворими примеси не включват влияят неблагоприятно на еритроцитите, и да не се предизвиква тромбоза на кръвна плазма протеин денатуриране. В допълнение, заедно с добра обработваемост филм трябва да има динамичен механична якост, което би позволило да издържи без повреда на кръвното налягане 1 кг / см2. Накрая, мембраната трябва да бъде устойчив на агресивни среди и висока температура по време на дезинфекцията на, например, бактерицидно лечение с етилен- или пара.

Фиг. 4. схема за обмен на природен газ в белите дробове.

С 1 - 2 alveoly- стена - междинно течност-3 - капилярна стена trubki- 4 - плазма krovi- 5 - обвивка eritrotsita- 6 - eritrotsit- 7 - кръв капилярна legkogo- 8 - алвеола.
В тези дни, когато взаимодействието на кръвта с кислород се осъществява директно свързване на устройството "изкуствен белодробен" може да се използва само по време на операция. Сега, с развитието на контакта през филма, тип мембрана изкуствен белия дроб може да се използва за обмен на газ в случай на временно намаление на белодробната дейност, като, например, в пневмония, възстановяване на функционалността и по много други начини. Ясна представа за многото случаи използването им в интензивното отделение. Това бе съобщено, че до сега, създаден мембрана устройство "изкуствена светлина", които могат да работят в продължение на 2 седмици.
Препоръчително е, че очевидно се отнасят тук някои анатомични детайли, които са от значение за целия проблем. Кръв насищане с кислород и възстановяване тях въглероден диоксид направени в алвеолите, броят на които достига 300 Mill. Кислород влиза в алвеолите на трахеята, бронхите, бронхиоли и алвеоларни тръби след това преминава през стените на алвеолите в капилярите, където той се свързва с хемоглобина, и след това диспергирани по цялата органи и тъкани. обмен на газ се извършва в черупките на тяхната alveol- дебелина може на някои места не надвишава около 0.1 микрона. Повърхността е покрита с фосфолипидни мембрани с протеин vkrapleniyami- основен компонент е лецитин фосфолипиди (fosfatizilkolin). Между черупките тествани алвеоларните капиляри (фиг. 4 и таблица. 7).

Таблица 7. Сравнение на изкуствена светлина до естествена светлина Човек

Като материал за изкуствен белодробен най-предпочитаните силикони, че предаването на кислород и въглероден диоксид са превъзхожда всички синтетични полимери, получени до този момент (таблица. 8). Отрицателните качества на силикони отнася явно недостатъчна сила прекъснат задълбочени изследвания, насочени към преодоляване на този етап продължава. Сред най-новите постижения включват създаването и тестването на силно порьозни мембрани от полипропилен и тефлон. Основната трудност е, че недостатъчната механична якост на филмите могат да бъдат преодолени само чрез увеличаване на дебелината им, но тази мярка в крайна сметка води до драстично намаляване на пропускливостта, което от своя страна налага да се увеличи ефективната площ на мембраната.

Таблица 8. пропускливостта на полимерни филми на кислород и въглероден диоксид (cm3 / m2 ден атом *)

Забележка. Дебелината на проби филм са превърнати до 25 микрона.

Таблица 9. Характеристики на някои полимерни филми, използвани в изкуствен белия дроб

Забележка. В скобите е показан на дебелината на частта мембрана (микрона).
Ако се влошава пропускливостта на мембраната за изкуствен бъбрек, има два начина за преодоляване на този стратегически момент: или удължи срока диализа или увеличаване на активната повърхност на мембраната. Ако то се отнася до филми за изкуствен белодробен, полимерите са възможни само в една посока, а именно пътя, увеличаване на площта на мембраната. По този начин развитието насочена към увеличаване на пропускливостта на филма, като става водеща роля и трябва да бъде напълно ускорен.
В процеса на обмен на газ, протичащ в филмови вещества живото тяло, движението на еритроцити в капилярите. алвеоларните мембрани се среща в един ред, докато в изкуствен формата на белодробни еритроцити, докато се движи цялата слоеве, и това води до рязко намаляване на ефективността на целия процес на газов обмен. Фактор за ограничаване на скоростта на обмен на газ в съвременната съпротива изкуствен бял дроб се упражнява граница кръв филм. За да се намали тази резистентност, или която е същата, за да се намали дебелината на такъв филм, има две възможности: или да се създадат по повърхността на филма вторичен турбулентен поток или достигне такова положение, че в мембраните, както и съвместим с кръвта като стените на капилярите, еритроцитите бяха преместени за образуване на монослой (таблица. 9, 10).

Таблица 10. Скоростта на трансфер на газ в кръвта се използва изкуствен белодробен

Забележки:
* AP0 = 30 mm Hg. Чл.
** DR0 = 730 mm Hg. Чл.
*** Ако филмът на устойчивост на границите на кръвта.
Синтетичен полимер материал, използван за първи път да се създаде изкуствен белодробен тип мембрана, не е силикон и тефлон. Това се дължи на факта, че по-ниската пропускливост на газ е много по-умни и силикон от него успя да се такава мембрана, която по това време е най-добрият, защото в допълнение към наличието имаше изключително добра съвместимост с кръв.
В началото на 1960-те години, първите опити за използване на силикони бяха проведени в комбинация с подсилващи материали - първо с микрофин силициев диоксид и след това с полиестер, полиамид и стъклени влакна. цяла гама от силикон напълнена мембрана е разработена с добра пропускливост на газ. Под "General Electric", поредица от изследователски проекти, чиято цел е да се увеличи силата на силикони, без да се намалява пропускливостта им. В резултат на новия материал, който е блок кополимер на полидиметилсилоксан с поликарбонат (XD- полимер MEM-213) бе създаден. Ефективността на химията се ограничава до, че в механизма на подсилващите поликарбонатни блокове вътрешномолекулна силиконови осигури сила и полидиметилсилоксанови порции запазват пропускливост на газ. От този материал успяха да получат достатъчно тънка мембрана
съвсем задоволителна механична якост. Въпреки това, пропускливост им е значително по-ниска от филм силиций, обаче, най-общо, на базата на данните, показани в таблица. 11, можем да кажем, че специалните разлики медицинска функционалност са незначителни от гледна точка на най-малко, те не са от основно значение.
В момента, компанията "General Electric" експериментира в областта на технологиите формиране на кухите влакна на нов материал MEM-213 и се развива изкуствена светлина върху тях. Въпреки това, не прекратява и паралелни проучвания на модификация на силиконови мембрани, по-специално, чрез хомогенно диспергиране в силикон microdispersion на силициев диоксид в комбинация с голямо разнообразие от условия вулканизация и други експерименти. Като резултат от цялата работа, компанията успя да се доближи до крайния етап на създаване на много тънък слой, чрез които сълзене изключени кръвта.

Таблица 11. пропускливостта на поликарбонатни-полидиметилсилоксан блок съполимери на (газ - газ кръв слой 100 цт дебелина)

DRo2 = 760 mm Hg. st.- DRso2 = 40 mm Hg. Чл. В кръвта DO2 = 3,28 * 10-5- Dco2 = 82-10-5:
Mils * - единица за измерване, равна на 0.001 инча.

Таблица 12. Пропускливост на филми на базата на поли-4-метилпентен-1

Известно е, че газовата пропускливост на полимерите е много малък, обаче, разработени и практикувани методи за производство на полимерни филми могат да тече газове. Методи или техники на базата на високо молекулно тегло вещество диспергират в течна субстанция газопропусклив или е да се получи силно порести материали. Например, технологията на производството на кухи влакна, при което поли-4-метилпентен-1 или polipentenovoe диспергира силиконово масло под формата на прах с размер на частиците от 0.2-0.3 микрона (Таблица 12).. Характерно, при мембрана повърхност, простираща масло и рискът от липсва инфилтрация му в кръвта се изключва. Друга схема процес включва създаването на силно порести материали, които включват, например, пяна полипропилен, тефлон и (вж. Таблица. 9).
Има мембрана, която е микропорест, върху повърхността на контакт с кръв тънък слой, прикрепени към мембраната и облекчаване повтаряне всички завои и неравности. Без да докосва такива мембрани трябва да се отбележи, че такъв метод се практикува и от които на повърхността на микропореста мембрана прилага опън съвместим с кръвта филм с висока пропускливост на газ (вж. Таблица. 10). Тази техника се дължи на факта, че използването на порести мембрани, въпреки изключително добра пропускливост на водна пара в различна степен (в зависимост от размера на порите) е изпълнен с опасност от тромбоза или инфекция въвеждане на въздушни мехурчета.
Много добър материал за образуване на газ-пропускливи мембрани, които са съвместими с кръв бяха polialkilsulfony синтезира чрез съполимеризация на а-олефини с S02. Полимери на тази серия са термопластични смоли, с благоприятна комбинация от свойства - икономически наличност, висока разтворимост, висока tehnologichnostyu- лесно оформена като плосък филм или кухо влакно. Според настоящите изглед, е добра пропускливост на газ polialkilsulfonovyh мембрани, причинени, от една страна, чрез вътрешномолекулна изместване на страничните вериги, и от друга страна, разширяването на разстояния между основните макромолекулни вериги от страна на действие на трето място, в които основните придобива верига мобилност и полярност S02 групи по влиянието на странични вериги snizhaetsya- изглежда, че играе роля, както и някои други фактори.

Данните, показани в таблица. 13 могат да бъдат обобщени, както следва. Ако броят на въглеродните атоми в страничните вериги е по-малко от 16, действията си, насочени към увеличаване на пропускливостта на газ, в случай на странични вериги образуват кристални региони Cs или действие, така че се увеличава мембранни сила, но пропускливост на газ започва да намалява. Мембраните образувани от сулфонова на хомополимер имат ниско удължение и някои други ниска механична ефективност, следователно, на базата на представени в Таблица доказателства. 9 и 10, логично е да се предположи, че всички предимства на този материал може да се реализира напълно, когато се използва като покритие за силно порьозни филми.
Таблица 13. пропускливост polialkilsulfonov

Позовавайки се на възможността за използване на perftorbutilata етил целулоза, следва да се отбележи, че хомогенни мембрани от тях, слабо позволяват кислород и въглероден диоксид пропускливост от тях е само около 1/10 дифузия силиконови мембрани (виж Таблица 9, 10 ..). Въпреки това, от разтвор на полимера е много лесно формован филми, а сега има интензивни усилия, насочени към реализиране на споменатата свойства в областта на изкуствените белодробни мембрани чрез прилагане на полимер към порьозен филм или нетъкана лента.
една характеристика характеристика на устройствата трябва да се направи "изкуствен бял дроб". Той се състои във факта, че дори при използване на мембрани с ниска пропускливост на кислород вещество подава в апарат, чист кислород, въздух или кислород под налягане във всеки случай кръвта ще тече само предварително определена, е строго необходимо количество кислород. Що се отнася до емисиите на въглероден диоксид, има движеща сила частичното налягане в кръвта. Случайно да варира този параметър, ние не можем, но тъй като в този случай, може да се надява само за пропускливостта на мембраните.

Фиг. 5. Апаратура "Изкуствената светлина".
и - модел Ланде - Едуардс: отгоре - външен изглед на апарата, на дъното - вътрешни фрагменти Приспособление за б - Модел Kolobova- кръв преминава между membranami- кислородни "промивки" вътре polost- модел съществува и противоположни на динамичен kartinoy- - устройството действа на кухи влакна.
1-венозна артериално krov- 2 krov- 3 - плоча държач membrany- 4 - газ, 5-6 krov- - мембрана ± 7 - Blood наситен kislorodom- 8 - силиконова мембрана ± 9 - podlozhka- Полиетилен 10 - област setki- 11 - венозна krov- 12-13 vsasyvanie- - добив кислород-14 - кръв, наситен kislorodom- 15-твърд силиконов полимер 16 - абсорбция при 200 mm Hg. st.- 17 - кислород (набор налягане) - 18 - венозна krov- 19 - кръв.
Вече са разработени конструктивни варианти апарат "изкуствена светлина": сандвич използване плоски мембрани тип спирала, и устройството, чиято работа се основава на използването на кухи влакна. Трябва да се подчертае, че, независимо от тези устройства не се експлоатира, всичко развитие и усъвършенстване има две главни цели: да се направи подробна подобряване на притока на кръв и минимум съпротивлението на Гранична кръв филм. Някои от резултатите от усилията в тези области отразяват данните, представени в таблица. 14 и Фиг. 5.
Таблица 14. Съвременните мембранни устройства "изкуствен белодробен"