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人工肺(二)

人工肺(ECMO)是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气的科技设备,是可以模拟人体的肺脏功能,进行气体交换的人工器官。在以往的情况,人工肺仅应用于心脏手术的体外循环,把血液流到体外,经过人工肺之后再回到体内,需和血泵配合称为人工心肺机,可以代替人体心肺功能的设备,可帮助重症患者在无法自主呼吸的情况下帮助患者进行体外呼吸,成了重症患者最后一线希望,也是用于治疗严重病例的COVID-19的最后手段。在新冠肺炎疫情十分严重的地方,不断增长的医疗需求使得各地医院面临空前的压力,医院投入更多的ECMO,为了挽救病人的生命,也处于满负荷状态。新型ECMO的研发是大势所趋,根据网上资料以及20203月日本呼吸疗法医学会日本临床工学技术士会的调查显示:日本共有人工肺(ECMO)约1400台。世界上能够生产人工肺的公司屈指可数,所有公司都将人工肺技术作为机密进行垄断,目前ECMO在中国未实现国产,而且ECMO价格十分昂贵,其内部的核心肺膜材料为临时性材料,必须定期更换,这种肺膜的技术难度比较大,只有美国3M公司一家能够生产制造,而能生产这种人工肺的企业,目前全球有10余家,最出名的就是瑞典的迈维柯、美国的美敦力和英国的索林三家公司。

在这一期,我们以 “人工肺”为题,专门收集了近些年来有关方面的科技文献与资料并汇集成汇编提供给大家,希望对“人工肺”方面有兴趣的朋友和有意愿开发此类技术的朋友起到借鉴与参考作用。由于近几年这方面的文献资料较少,我们收集了近十年来的文献资料并将其分三部分提供给大家。这是第二部分。

 

人工肺(二)

 

13介绍体外膜肺氧合(ECMO)技术

【作者】阳建勋

【机构】第一军医大学珠江医院设备科

【文献出处】医疗装备2002, 15(10)

【摘要】介绍了一种生命支持的最高尖技术手段,并阐述该系统的配置设计和工作原理.

 

14膜分离技术在医药医疗中的研究和应用

【作者】 薛冠 胡小玲 陈晓佩 郑熙

【机构】 西北工业大学理学院应用化学系

【文献出处】《化学工业与工程》2009 第2

【摘要】论述了膜分离技术在医药生产和医疗中的应用以及国内外在这一领域的研究进展,如中药的提取和精制;西药和生物制剂的分离、浓缩和纯化;人工肾和人工肺。分析了膜分离技术在医药生产中的优点、存在的题及解决措施,并指出其发展趋势。

 

15人工肺的现状和发展

【作者】 梅早仙 孙昕(综述) 吴琦(审校)

【机构】 天津市海河医院结核内科  天津医科大学总医院呼吸内科

【文献出处】《生物医学工程学杂志》2010 第6

【摘要】人工肺是一项生命支持技术,可以在自身肺功能出现衰竭不能维持人体器官充分的氧供时使用,或者从长远发展来看,植入人体永久性地部分或完全替代人体肺功能。本文结合人工肺的发展过程及研究方向介绍了体外膜式氧合(ECMO)、血管内人工肺(IVAL)、植入型人工肺(IAL)、无泵体外肺辅助技术(PECLA)四种人工肺技术,阐述了这四种人工肺的结构、工作原理及其优缺点和适应证,并结合现有动物实验和回顾各中心临床治疗经验对人工肺的前景进行了展望。

 

16血管内置入型人工肺的传质计算与in vitro模型实验对比分析

【作者】 张问樑 周津 夏俊娣 丁伟 叶宏琛

【机构】天津市肺科医院人工肺研究室,天津纺织工学院膜分离工程研究所,

【文献出处】《中国生物医学工程学报》2001 第4

【摘要】本文对自制的血管内置入型人工肺(IVOX)的性能以生理盐水为介质进行了in vitro测试,并用Vaslef等人的半经验理论模型对实验测试结果进行了计算;结果表明自制的IVOX具有一定的氧合和排二氧化碳功能,Vaslef等人的经验模型可方便有效的表达IVOX的传质效果。

 

17血管内血气交换装置:人工肺

【作者】袁启明 

【机构】国际生物医学工程杂志编辑部

【文献出处】《国际生物医学工程杂志》1990 第5

【摘要】 美国心肺公司及犹太大学一些研究者研制成一种用于治疗急性呼吸衰竭的血管内血气交换装置。该装置已被美国FDA批准,不久将免税植入于10个病人体内。这种血管内氧合器(IVOX)虽不是一种长期置换人肺的装置,但其功能可超过10天以上,IVOX由1200根65cm长的微孔空芯纤维组成,纤维上涂有一种超薄的可连续渗透氧和二氧化碳的膜。纤维的表面积约9318平方厘米,能在循环血液中每分钟传递325毫升的氧和490毫升的二氧化碳。这种被称为Cardio Pulmonics的装置,纤维束被

 

18人工肺膜材料的生物相容性评价

【作者】 孟猛 杨媛 曾伟杰 谢潮鑫

【机构】 解放军第四二一医院肾内科 解放军广州军区联勤部广州沿江东路离职干部休养所卫生所

【文献出处】《中国组织工程研究与临床康复》2009 第8

【摘要】膜式人工肺已广泛应用于心血管手术的体外循环和呼吸衰竭的抢救治疗,即体外生命支持或体外膜氧合,血管内氧合器也已初步应用于临床。尤其对病重、心功能差、估计手术时间长的患者,膜式氧合器的使用更为必要。当前,通过改进膜材料、优化设计以及对各种性能的实验评估和临床评价,人工肺的研究着力于提高气体交换能力和提高生物相容性,为抢救患者的生命提供更可靠的手段。

 

19Biocompatibility of artificial lung membrane materials%人工肺膜材料的生物相容性评价

【作者】杜明辉

【机构】漯河市第六人民医院呼吸内科,

【文献出处】《中国组织工程研究》2009年第051

【摘要】人工肺又名氧合器,集氧合、变温、储血、过滤、回收血等功能于一体,将含氧量低的静脉血经过氧合后成为含氧量高的动脉血,是一种接近人体生理状态,较为理想的人工脏器.膜式人工肺已广泛应用于心血管手术的体外循环,也广泛应用于呼吸衰竭的抢救治疗,即体外生命支持或体外膜氧合,血管内氧合器也已初步应用于临床.尤其对病重、心功能差、估计手术时间长的患者,膜式氧合器的使用更为必要.当前,通过改进膜材料、优化设计以及对各种性能的实验评估和临床评价,人工肺的研究着力于提高气体交换能力和生物相容性,为抢救患者的生命提供更可靠的手段.

 

20新型中空纤维膜式人工肺的设计与研究

【作者】饶华新

【机构】暨南大学 博士论文

【文献出处】《暨南大学》 2008

【摘要】人工肺,也称氧合器,具有调节血液内O_2和CO_2含量的功能,是治疗急性呼吸疾病和等待肺移植阶段必需的医疗设备,也是心血管手术的辅助医疗设备。作为当前已经临床应用和商业化的体外膜式人工肺,由于O_2和CO_2使用同一种通道,主要存在气体交换能力差、血液传输效率不足、使用时间短等问题。目前国内临床应用的人工肺使用的膜组件几乎全部依靠进口。为此,本论文设计和研究了一种O_2和CO_2分别具有各自通道的新型双通道中空纤维膜式人工肺。 为了提高涂覆中空纤维的液晶/硅橡胶膜的透氧性、生物相容性和抗凝血性,采用高效酰化法和酰氯化法分别合成了丙烯酸胆甾醇酯、丁烯酸胆甾醇酯、戊烯酸胆甾醇酯、己烯酸胆甾醇酯和十一烯酸胆甾醇酯5种胆甾醇酯衍生物,并对其化学结构和液晶性能进行了表征。高效酰化催化剂法能明显提高产品的产率与纯度、简化操作、降低反应毒性。除丙烯酸胆甾醇酯外,其余4个胆甾醇酯样品均具有液晶性。使用硅橡胶、含氢硅油和胆甾醇酯液晶,首次制备了胆甾醇酯液晶/硅橡胶交联膜。研究了各种因素(压差、温度、取代基、交联时间、液晶含量、物理性能等)对交联膜的透气性能和分离性能的影响。结果表明,该膜具有良好的成膜性能、透气性能和分离性能。例如,在0.1 MPa压差和40℃下,透氧系数和氧氮分离系数分别高达为789 Barrer和3.40,其渗透性能明显优于普通改性的硅橡胶膜材料,可用作膜式人工肺中空纤维的涂覆膜。 通过磺化、中和和络合反应制备了含钴离聚体膜。在测试中发现,处于低压侧的CO_2自发地透过离聚体膜向N_2或空气的高压侧反向渗透。这种CO_2反向渗透的现象,是一种新的气体渗透行为,至今未见有类似现象的报道。研究了离聚体膜的气体正向渗透性能和CO_2反向渗透行为,发现离聚体膜具有优越的CO_2渗透性能和相对较差的O_2渗透性能。例如,在25℃和0.1 MPa压差下,CO_2和O_2渗透系数分别为170 Barrer和28 Barrer。利用这一性能,可将其应用于通过壳体材料排除CO_2的新型膜式人工肺内表面的涂敷膜材料。 通过动态凝血、溶血、血小板粘附和接触角等实验研究了液晶/硅橡胶交联膜和离聚体膜的生物相容性。作为对照,按照肝素化的离子键结合方式,制备了肝素化液晶/硅橡胶交联膜和离聚体膜。结果表明,硅橡胶交联膜、离聚体膜和肝素化膜都具有良好的生物相容性,能够满足膜式人工肺膜材料的基本要求。 改进目前工业上中空纤维单组分涂敷工艺,设计了中空纤维双组分涂敷工艺。优化了涂敷工艺条件:液晶/硅橡胶溶液的浓度为5.0%,交联时间为10 min,固化温度在60℃以下。 按照中空纤维双组份涂敷工艺,在中空纤维的外表面涂敷具有O_2促进输送的液晶/硅橡胶交联膜。将具有优越的CO_2渗透性能和较差的O_2渗透性能的离聚体膜涂敷于梯度陶瓷管的内壁。按照双组份涂敷工艺将具有O_2促进输送的液晶/硅橡胶交联膜涂覆于中空纤维的外表面,以梯度陶瓷管作为外壳材料、中空纤维膜为基质材料,首次设计了一种O_2和CO_2分别具有各自通道的新型双通道中空纤维膜式人工肺,未见国内外相关文献报道。作为对比,同时也设计了一种O_2和CO_2使用同一种通道的中空纤维膜式人工肺。以生理盐水和去离子水代替血液,测试了单通道中空纤维膜式人工肺组件的体外性能。实验结果表明,单通道中空纤维膜式人工肺具有具有较好的氧合效果。例如,当生理盐水的流速为450 ml/min时,氧气传输速率和压力降分别为48.3 ml/(min·m~2)和21.6 mmHg,其氧合效果接近于国际上通用优良膜式人工肺的性能。 与单通道中空纤维膜式人工肺相比,双通道膜式人工肺的氧气传输速率更大,压力降更低,使用寿命更长。表明液晶/硅橡胶交联膜和离聚体膜有利于提高膜式人工肺的氧合效果。可以展望,双通道中空纤维膜式人工肺将具有很好的研究前景和应用价值。

 

21辫式血管内氧合器的初步体外实验研究

【作者】付惠群 唐艳 安琪 杜磊 刘进 

【机构】 四川大学华西医院麻醉与危重病教研室 北京市肛肠医院 四川大学华西医院心胸外科

【文献出处】《生物医学工程学杂志》2009 第6

【摘要】静脉内氧合器(Intravascular membrane oxygenator,IVOX)是一种置人人体腔静脉的人工肺,能为呼吸衰竭患者提供肺外气体交换。但腔静脉有限的容积限制了IVOX的交换面积和氧合效率,如增加IVOx的直径以增加气体交换面积,则可能导致静脉回流阻塞而影响血流动力学稳定。因此改进氧合器的结构以降低血液边流的扩散阻力,成为提高其氧合效果的重要手段。本研究将IVOX的中空纤维编织成辫子式,体外测试这种辫式IVOX氧合效果及其对血流阻力的影响。结果表明,当血流量为5.0L/min时(血红蛋白为120g/L),氧交换量[(55.97±0.51)ml/min]和氧传递速率[(127.19±0.66)ml/(min·m^2)]显著高于血流量为4.0L/min(P〈0.05)及3.5L/min(P〈0.01)。当血流量由3.5L/min升高到4.0、5.0L/min,测试回路内的压力差也从(11.87±1.57)cm H2O增加至(18.53±0.99)、(19.77±0.51)cmH2O,但仍在安全范围内(〈20cmH2O)。研究结果说明,这种辫式氧合器能为成年患者提供20%~30%的氧需要量,且不影响患者安全。

 

22实验性氧合器人工肺的探讨

【作者】雅德 

【机构】《国外医学情报》编辑部

【文献出处】《国外医学情报》1990 第19

【摘要】 一种用于急性呼吸衰竭的实验性肺功能增强器失去了它的第一个病人,但在LDS医院赢得了声誉。血管内氧器IVOX,这种血一气交换器被看作是人工肺的先驱。今年2月初,医生将此器械插入一严重肺损伤的得克萨斯女孩的静脉腔内。遗憾的是,这位16岁女孩死去了,但是在几天内IVOX对一位垂死的病人的作用给医生留下深刻的印象。他们认为现在还不能将这种血管氧合器称作人工肺,它是静脉腔内的肺支持装置。它不能代替肺,但它能控制止常肺1/3~1/2的氧气与二氧化碳交换,并且他们认为它的

 

23自体肺体外循环与人工肺体外循环对肺的影响的对比研究

【作者】胡金晓  

【机构】重庆医科大学

【文献出处】《重庆医科大学》 2003硕士论文

【摘要】 目的:探讨自体肺体外循环与人工肺体外循环对肺的影响。 方法:选择健康杂种犬16只,体重15±1kg,随机分为实验组和对照组。实验组为自体肺体外循环组,利用杂种犬自体肺作为氧合器。对照组为人工肺常规体外循环组,利用鼓泡肺作为氧合器。自体肺组体外循环模型的建立:升主动脉、左心房插管,开始左心辅助循环;肺动脉、右心房插管,开始右心辅助循环。人工肺组体外循环模型的建立:右心房、升主动脉插管,连接人工肺,开始体外循环。两组采用相同的心肌保护、心脏停跳方法(冷晶体停跳液)。自体肺组体外循环过程持续肺通气,呼吸频率20次/分钟,呼吸比1.5:1,潮气量20ml/kg;人工肺组体外循环期间通过调整血流、通气比近似于1:0.5,控制动脉血氧分压不至于过高。两组体外循环均持续1小时,于体外循环前、停机后第5、30、60、90分钟分别测定两组:右心房、左心房白细胞记数,并计算其比值;肺动脉压;动脉血氧分压。两组于体外循环前、体外循环结束后,分别取肺标本(右肺下叶3×3×2cm~3)行病理学检查。两组于体外循环开始、体外循环第15、30、45、60分钟测量动脉 重庆医科大学硕士学位论文 血氧分压。自体肺组在整个体外循环期间连续监测肺动脉压。所得数 据用SPSS 10.0统计软件进行t检验,P0.05时认为差异有显著性。 结果:自体肺组与人工肺组体外循环过程中各时间点动脉血氧分 压差异无显著性;体外循环后右心房、左心房白细胞比值自体肺组低 于人工肺组,各时间点差异均有显著性;体外循环后自体肺组肺动脉 压低于人工肺组,其中第30、60、90分钟时间点差异有显著性。自体 肺组体外循环后,动脉血氧分压高于人工肺组,差异有显著性。自体 肺组在整个体外循环过程中,肺动脉压低于20n盯旧g,且肺动脉压维持 平稳 正常 肺标本组织学检查示:体外循环前病理检查两组肺组织结构基本 。体外循环后自体肺组肺标本毛细血管轻度淤血,轻度中性粒细 胞及淋巴细胞聚集。无肺水肿、肺不张;肺泡腔隙基本正常,无明显 肺组织损伤性改变。人工肺组体外循环后毛细血管、小静脉严重淤血, 中性粒细胞显著积聚。 结论:自体肺体外循环技术在体外循环过程中能提供满意的氧 合;而且较人工肺能获得更好的肺保护作用。