0تجهيزات و ضمائم اكمو

بطور معمول تجهيزات و وسائل مورد استفاده در اكمو شامل: پمپ، اكسيژناتور، تبادل كننده حرارت، مانيتورينگ‌، سيستم ايمني، دستگاه ACT،كانول، لوله، هموفيلتر، Cell Saver ، CRRT و ديگر ضمائم مي‌باشد كه در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

 

 

 

شکل 1-3: نماي کلي از دستگاه ECLS

پمپ   Pump

پمپ غلطكي   Roller Pump 

پمپ چرخشي نوعي پمپ فشاري است كه در شش دهه اخير پيشرفت‌هاي زيادي داشته است. پمپ چرخشي اولين بار توسط آقاي Bradley و Porter در سال 1855 بعنوان برداشت كننده، ماشين تزريق و پمپ شكمي به ثبت رسيد. در سال 1877 آقاي Allen پمپي را جهت ترانسفيوژن خون طراحي نمود و در سال 1934 آقاي Debakey پمپ‌هاي موجود را بازسازي و اصلاح نمود و براي اولين بار Gibbon در سال 1950 توانست از آن بعنوان قسمتي مهم از دستگاه قلب و ريه مصنوعي در جراحي قلب باز استفاده نمايد. 

در طراحي‌هاي انجام شده هر پمپ از يك جايگاه نيم دايره‌اي و يك گردونه با دو سر چرخشي درست شده است. با چرخش گردونه، لوله‌اي كه بين جايگاه و گردونه قرار گرفته فشرده شده كه حاصل آن نيرويي است كه خون را از يك سمت به سمت ديگر مي‌راند. گردونه كه خود از دو پايه عمودي در دو طرف يك محور افقي تشكيل شده است در واقع با يكديگر زاويه 180 درجه‌اي را تشكيل مي‌دهند. لذا وجود چنين محوري در داخل يك حفره (جايگاه) نيم دايره‌اي سبب مي‌شود كه در هر لحظه حداقل يكي از دو طرف گردونه (سر چرخشي يا غلطك) در داخل نيم دايره واقع گردد. 

 

 

 

               

 

شکل 2-3. ساختار پمپ غلطکي شکل 3-3: پمپ غلطکي دو قلو

 

2- پمپ سانتريفوژي    Centrifugal Pump

در سال 1976 بتدريج با ورود پمپ‌هاي پيشرفته سانتريفوژي به دنياي جراحي قلب، پمپ‌هاي غلطكي جاي خود را به پمپ‌هاي جديد دادند. در پمپ سانتريفوژي بدليل اينكه عناصر خوني تحت فشار بين غلطك و ديواره اطراف قرار نمي‌گيرند كمتر دچار آسيب مي‌گردند. در اين نوع پمپ با چرخش يك گردونه در داخل يك محفظه، نيرويي در اثر انرژي جنبشي  بوجود مي‌آيد كه خون را به يك سمت مي‌راند. در حقيقت داخل محفظه يك سطح مغناطيسي (آهن رباي اول) وجود دارد كه وقتي در مجاورت محور چرخشي موتور پمپ (آهن رباي دوم) قرار مي‌گيرد سبب حركت خون مي‌گردد. اين پمپ، توانايي ايجاد 900 ميلي‌متر جيوه فشار مثبت و 40 ميلي‌متر جيوه فشار منفي را دارد. ويژگي خاص پمپ سانتريفوژي اينست كه هر گاه هوا وارد آن شود پمپ خودبخود از حركت ايستاده و خطر آمبولي از بين مي‌رود. علت اين مسئله وجود هوا و عدم ا نتقال انرژي جنبشي به خون و توقف جريان مي‌باشد. 

امروزه با پيشرفت تكنولوژي، پمپ‌هاي سانتريفوژي با تيغه‌ها  و حجم كمتر و زاويه‌هاي كوچكتر طراحي و ساخته شده است كه حاصل آن به حداقل رساندن آسيب سلول‌هاي خون مي‌باشد. 

 

      

شکل 4-3. پمپ سانتريفوگال

مقايسه پمپ‌هاي چرخشي و سانتريفوژي

در جدول زير خلاصه‌اي از مقايسه پمپهاي غلطكي و سانتريفوژي بيان شده است. 

 

پمپ‌ چرخشي پمپ سانتريفوژي

 

فوايد:

1- ارزان و در دسترس هستند

2- محاسبه دقيق و راحت ميزان جريان  

3- متغير بودن Stroke volume براي بيماران مختلف

4- قابليت استفاده مجدد از پمپ

1- كاهش تروماي خون

2- كاهش آمبولي وسيع هوا

3- كاهش Spallation

4- حساسيت نسبت به pre load  و

after load  

5- کاهش  Cavitation

 

مضرات:

1- افزايش تروماي خون

2- افزايش Spallation و ايجاد ميكروآمبولي

3- امكان آمبولي وسيع هوايي

4- عدم تنظيم مناسب اكلوژن

5- عدم استفاده براي مدت طولاني بدليل Tubing wear

6- درناژ وابسته به اختلاف سطح بيمار با اكسيژناتور مي‌باشد

7- نياز به نظارت دائمي بر كنترل فشار مدارها

8- فشار منفي توليد شده سبب افزايش Cavitation مي‌شود

 

1- استفاده ضروري از فلومتر

2- ايجاد جريان رتروگريد در هنگام توقف پمپ

3- گران قيمت مي‌باشد

4- احتمال ايجاد لخته در محفظه پمپ

5- افزايش Turbulence و Shear stress در هنگام فلوي خيلي پايين و خيلي بالا وجود دارد

6- فشار منفي توليد شد سبب افزايش Cavitation مي‌شود. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اكسيژناتور   Oxygenator

اكسيژناتور بخشي از سيستم ECMO مي‌باشد كه عملكرد ريه را در حين گردش خون برون پيكري انجام مي‌دهد. در حقيقت اين وسيله عهده‌دار تبادل گازها (CO2, O2) در حين اكمو مي‌باشد. از آنجا كه اكسيژناتور همانند ريه نسبت به آسيب ساختاري و ترمبوز  حساس بوده و دچار اختلال در كاركرد مي‌شود بنابراين امروزه دانشمندان، طراحان و سازندگان اكسيژناتور در تلاش هستند تا عملكرد و مدت زمان استفاده از اكسيژناتور را با بكارگيري ويژگي‌ها و تكنيك‌هاي خاص زير كه حاصل پيشرفت علمي مي‌باشد افزايش دهند:

1)  به حداكثر رساندن تبادل گازها از طريق: 

الف) افزايش سطح مؤثر جهت تبادل گازها (چگونگي قرار گرفتن فيبرهاي توخالي و صفحات سيليكون) 

ب) به حداقل رساندن فاصله انتقال گاز در خون (فاصله انتشار) 

ج) افزايش زمان انتقال و حمل خون در اكسيژناتور

2)  به حداقل رساندن آسيب وارده به عناصر خوني از طريق 

الف) كاهش فشارهاي ايجاد شده مانند Pressure drop 

ب) فراهم نمودن سطوح مناسب جهت تماس با خون مانند آغشته نمودن اكسيژناتور به مواد خاص و سازگار با بدن (Bioactive Coating) 

3) قابليت تنظيم دقيق و سريع گازها

4)  كاهش حجم پرايم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 2-3. مشخصات اكسيژناتورهاي مورد استفاده در اکمو

 

Oxygenator Prime volume Max blood flow rate Delta pressure No. of Days

Medtronic- affinity (microporous polypropylene hollow fibers) 270ml 1-7 l/min 50 mm Hg (blood flow 5 L/min) Few hrs to 5 days (avg 2 days)

Medtronic- I 600 (silicon) 90ml 1 l/min 300 mmHg 2-3weeks

Medtronic- I 1500 (silicon) 175ml 1.8 l/min

(up to 19 kg) 300 mmHg 2-3weeks

Medtronic- I 2500 (silicon) 455 ml 4.5 l/min

(up to 40 kg) 300 mmHg 2-3weeks

Medtronic- I 3500 (silicon) 575 ml 5.5 l/min

(up to 50 kg) 300 mmHg 2-3weeks

Medtronic- I 4500 (silicon) 665 ml 6.5 l/min

(up to 60 kg) 300 mmHg 2-3weeks

MAQUET – Quadrox D

(poly methylpentene) 250ml 7 L/min 50-75 mmHg Few hrs to 5 days (avg 2 days)

MAQUET – Quadrox 

iD (polymethylpentene) 81ml 2.8 L/min 50 mmHg Few hrs to 5 days (avg 2 days)

MAQUET-HLS ADVANCE- 5  (Diffusion Membrane-PMP) 570 ml 0/5 -5 L/min 50-250 mmHg 30 days

MAQUET-HLS ADVANCE-  7 (Diffusion Membrane-PMP) 600ml 0/5- 7 L/min 50-250 mmHg 30 days

MAQUET – Quadrox

PLS (polymethylpentene) 250ml 0/5- 7 L/min

50-250 mmHg 14 days

Sorin-EOS ECMO

(polymethylpentene) 160ML 5 L/min 50-250 mmHg 5 days

Sorin – ECCO 5

(polymethylpentene) 390 ML 5 l/min 50-250 mmHg 5 days

Sorin-Liliput 2 ECMO

(Polymethylpentene) 90 ML 2.2 l/min 50-250 mmHg 5 days

 

 

تبادل كننده حرارت   Heat Exchenger

مبدل حرارتي وسيله‌ايست كه با آن دماي خون بيمار در محدوده فيزيولوژيك حفظ مي‌گردد. طبق قوانين فيزيك، انتقال انرژي حرارتي از قسمت پرحرارت (انرژي بيشتر) به قسمت كم حرارت (انرژي كمتر) بوده و به يكي از سه روش زير منتقل مي‌گردد:

1- هدايت 

2- انتقال 

3- امواج تابشي 

مبدل حرارتي در حين ECMO با روش انتقال و هدايت، اين عمل مهم را انجام مي‌دهد. اما بيماراني كه تحت درمان با اكمو هستند (خصوصاً اطفال كه در حفظ و كنترل حرارت بدن دچار مشكل مي‌باشند) معمولاً ساعات و روزهاي طولاني را با اكمو همراه خواهند بود بنابراين مي‌بايست به نكات زير در مورد مبدل حرارتي توجه نمود:

د تبادل كننده حرارت در ECMO به دو صورت جدا از اكسيژناتور و يا به صورت يكپارچه همراه با مامبران ساخته مي‌شود. 

 جنس مبدل حرارتي معمولاً از استيل غيرتراوا  يا پلي پروپيلن و يا سيليكون مي‌باشد كه قابليت آن با استفاده از فرمول زير محاسبه مي‌گردد. 

Performance Factor =  

 = درجه حرارت خون خروجي

 = درجه حرارت خون ورودي

  = درجه حرارت آب ورودي

 قابليت تبادل كننده حرارت بستگي به جنس، نوع قرار گرفتن مبدل، سطح تماس، مسير حركت (جهت جريان خون و آب مخالف يكديگر مي‌باشد)‌و مقدار جريان آب و خون دارد. 

 تبادل كننده حرارت در اكسيژناتورهاي مخصوص اكمو بعد از مامبران قرار گرفته و طوري طراحي شده است كه خون از بالاي مبدل حرارتي بصورت عمودي به پايين حركت مي‌كند. ميكروبابل‌هاي احتمالي توليد شده (بر اثر اكسيژنه شدن خون) از خروجي مبدل حرارتي برداشت و جدا مي‌گردد. 

 طبق گزارش ELSO آمارها حاكي از 2-1 درصد آسيب به مبدل حرارتي در طي ECMO مي‌باشد. آسيب معمولاً به دو صورت نمايان مي‌شود:

1- نشت آب به سمت خون كه با نشانه‌هاي افزايش CVP و كاهش هموگلوبين‌ همراه است. 

2- نشت خون به سمت آب كه با نشانه قرمز شدن آب خروجي از تبادل كننده حرارتي مشخص مي‌شود. 

كانول‌‌ Cannula 

يكي از موارد مهم در شروع اكمو انتخاب كانول‌‌ مي‌باشد. كانول‌‌ مناسب مانع از هموليز شده و با برقراري يك جريان خون کافي سبب افزايش كارايي اكمو مي‌شود. 

پرفيوژنيست با توجه به محل كانولاسيون (سينه، فمورال، گردن)، اندازه عروق، محاسبه BSA  و ميزان جريان خون مبادرت به انتخاب كانول‌‌ مي‌نمايد. جريان خون مناسب جهت برقراري اكمو بعد از محاسبه سطح بدن بيمار مشخص مي‌گردد. براي محاسبه BSA مي‌توان از فرمول‌هاي زير استفاده نمود:

 

فرمول اول      

 

فرمول دوم:             

 

فرمول سوم:       

 

فرمول چهارم:                          

 

خصوصيات مشترك كانول‌ها:

ويژگي‌هاي كانولها توسط شركت‌هاي سازنده در كاتالوگ‌هاي مخصوص بيان مي‌گردد اما آنچه براي تيم ECMO (مخصوصاً جراح و پرفيوژنيست‌ها) مهم مي‌باشد خصوصيات برجسته زير مي‌باشد: 

1- داراي سايز و اندازه‌هاي متنوع باشد. 

2- در مقابل خم شدگي مقاومت كند. 

3- كمترين Turbulance, Cavitation, Pressure drop و Jet Effect را داشته باشد. 

4- طراحي و جنس نوك كانول سبب آسيب به ديوارة عروق نشود. 

5- شكل پذير و داراي انعطاف مناسب باشد. 

6- طراحي كانول‌ها متناسب با محل كانولاسيون باشد (سرصاف، سركج، دولومن، كوتاه و بلند)

7- بر روي كانول‌ نشانه‌هاي خاص ماند سايز، طول و جهت نوك كانول چاپ شده باشد. 

 

 

 

 

Guideline for Appropriate Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) Cannula Size Used in Neck, Femoral, and Chest Cannulation

Neck Groin Chest 

Venous Arterial Venous Arterial Venous Arterial

 2kg

2-2.9kg

3-3.9 kg

4-4.9 kg

5-5.9 kg

6-6.9 kg

7-7.9 kg

8-8.9 kg

9-9.9 kg

10-12 kg

13-14 kg

15-16 kg

17-18 kg

19-20 kg

21-25 kg

26-30 kg

31-35 kg

36-40 kg

41-45 kg

46-50 kg

51-60 kg

61-65 kg

66-70 kg

 70 kg

10

10

12

12

12

12

12

12

14

14

16

17

19

19

19

21

21

21

25

25

27

29

29

29 8

8

8

10

10

12

12

14

14

14

14

14

15

15

15

15

15

17

19

19

19

21

21

23 -

-

-

-

-

-

-

-

-

15

15

17

19

19

19

21

21

21

25

25

27

29

29

29 -

-

-

-

-

-

-

-

-

14

14

14

15

15

15

15

15

15

19

19

19

21

21

23 14

16

16

16

18

18

18

18

18

18

22

22

22

24

24

24

26

26

28

28

32

34

36

36 8

8

10

10

12

12

12

12

12

12

14

14

14

14

16

16

16

16

20

22

22

22

22

22

 

لوله   Tubing

لوله‌هاي مدار اكمو كه بيشتر از جنس PVC مي‌باشد در طي سه دهه گذشته با تغييرات زيادي همراه بوده است كه در دو مقوله به آن مي‌پردازيم:

1- جنس لوله‌ها:

تحقيقات انجام شده بر روي حيوانات توسط Lecavalier, Poon در سال 1997 و همچنين Foster در سال 2002 نشان دادكه استفاده از لوله‌هاي PVC (مخصوصاً هنگاميكه بعنوان لوله دور پمپ ((Boot)) مورد استفاده قرار مي‌گيرد) سبب آزاد شدن ماده سمي DEHP   مي‌گردد. اين ماده سمي سبب كاهش توليد اسپرم، اختلال در عملكرد تخمك‌ها و نازايي مي‌شود. از طرفي در تحقيقات جديدي كه توسط Khodayar و همكارانش بر روي بزرگسالاني كه در دورة نوزادي تحت درمان با اكمو قرار گرفته بودند نشان داد كه هيچ گونه مشكلي در بلوغ جنسي، غدد جنسي و همچنين بيماري خاصي در كبد، كليه و تيروئيد مشاهده نشده است. 

به هر حال آنچه كه امروزه مورد توافق اكثر محققان مي‌باشد اين است كه بهتر است از لوله‌هاي PVC در محفظه پمپ‌هاي چرخشي استفاده نشده و بجاي آن از لوله‌هاي سوپرتايگون (در سه مدل S-65-HL، S-95-E و Non-DEHP) كه در برابر Spallation و پاره شدن مقاوم هستند استفاده گردد. 

 

جدول 7-3: مشخصات انواع لوله ها

Tubing Size Storke Volume Prime Volume Max Art flow Max Ven flow

1/8'' 3.5 ml/RPM 2.5 ml/ft 700 ml/min NA

5/32'' 5 ml/RPM 3 ml/ft 1100 ml/min NA

3/16'' 7 ml/RPM 5 ml/ft 1300 ml/min 600 ml/min 

1/4'' 13 ml/RPM 9.65 ml/ft 3 l/min 1.3 l/min

3/8'' 27 ml/RPM 21.71 ml/ft 8 l/min 4 l/min

1/2'' 45 ml/RPM 38.6 ml/ft NA 6 l/min

2- آنتي كوآگولاسيون:

آنتي كوآگولاسيون در حين اكمو يكي از موارد بسيار مهمي است كه از يك طرف ميزان كم آن احتمال ترمبو آمبولي و از طرفي ديگر آنتي كوآگولاسيون بيش از حد، ميزان خونريزي و كوآگولاپاتي را افزايش مي‌دهد. استفاده از لوله‌ها و اكسيژناتورهايي كه آغشته به مواد آنتي‌كواگولان مي‌باشد يكي از ايده‌هاي جديد و راه‌گشا در اين زمينه مي‌باشد كه در دهه 1990 بيش از پيش مورد توجه قرار گرفت. 

سطوح آغشته به هپارين‌، آلبومين صناعي و سطوح بيواكتيو كارمدا (CBAS)  

از مواردي است كه در مراكز مختلف دنيا مورد استفاده قرار مي‌گيرد. (تحقيقات بر روي مواد جديد ادامه دارد)

در مورد سطوح پوشيده شده از Carmeda آقاي Larm اعلام نمود كه مولكول‌هاي هپارين‌ از يك طرف با سطوح كارمدا باند شده و از طرف ديگر با بازوهاي آزاد خود سبب جذب آنتي ترومين مي‌شود. او معتقد است كه اين سطوح موجب كاهش شديد ترومبو آمبولي در طول اكمو مي‌گردد. آقاي Videm و همکاران در سال 1993 به اين نتيجه رسيدند که آغشته نمودن لوله ها به اين مواد سبب کاهش واکنش التهابي مي شود و Muehrcke در سال 1995 اعلام نمود که استفاده از اين سطوح نياز به هپارين سيستميک را در طول اکمو کاهش مي دهد.

در سال 2004 اقاي  Haishima نيز در تحقيقات خود اعلام نمود که آزاد شدن ماده سمي DEHP از لوله هاي PVC آغشته به اين مواد به مراتب کمتر از لوله هاي PVC معمولي مي باشد.

مدار Circuit

هر چند اصول و نقشه کلي ست لوله يا مدار اکمو يکسان مي باشد، اما سازندگان با توجه به سلايق کاربران، مبادرت به تهيه ست هاي لوله با نقشه دلخواه آن ها نموده اند. 

در مدار از کانکشن هاي خاص و چند منظوره، پل ارتباطي بين لوله شرياني و وريدي، لوله هاي آماده جهت تعويض اکسيژناتور، مسيرهاي ويژه جهت هواگيري، مسيرهايي جهت ارتباط به هموفيلتر،  CRRT و مانيتورينگ استفاده مي گردد.

  

شکل 12-3. نماي کلي از مدار اکمو

 

تجهيزات مانيتورينگ‌ و ايمني   Safty and Monitoring Devices

استفاده از تجهيزات مدرن در جهت افزايش بيشتر ايمني بيمار و بهبود روند درمان از مواردي است كه مي‌بايست به آن توجه نمود. استفاده از مخزن Bladder، حباب ياب، پل ارتباطي ، كانكشن‌هاي خاص، مانيتورينگ‌ دائمي گازهاي خوني، دستگاه ACT، ماشين  Cell Saver از تجهيزاتي است كه در هنگام اكمو از آن‌ها استفاده می شود.