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PreSens光學(xué)傳感器在隔離灌注心臟試驗臺監(jiān)測 O2、CO2和葡萄糖的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：562　發(fā)布日期：2023-10-27　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

在長期應(yīng)用人工肺（體外膜肺氧合 - ECMO）期間，可能會發(fā)生不同的并發(fā)癥，如血液凝固，細(xì)胞破壞（溶血）或患者的出血傾向。這些并發(fā)癥是由機(jī)械血泵還是ECMO中的血流引起的目前尚不清楚。為了研究凝血和溶血的形成，正在開發(fā)一種分離的、灌注的動物心臟的試驗臺，這是一種理想的生理血泵。因此，可以區(qū)分流體機(jī)械過程、生物相容性問題以及泵引起的現(xiàn)象。

該研究旨在調(diào)查這些并發(fā)癥的原因是否出現(xiàn)在血泵或氧合器本身中。因此，我們開發(fā)了一種醫(yī)用ECMO測試臺，將隔離的灌注心臟作為血泵。在生理條件下，這種血泵不會造成任何損害。如果在這些實驗條件下發(fā)生溶血和血液凝固增加，這很可能表明氧合器中的流動情況不是最佳的。

圖1 圖2

圖1:(A)填充氧合器。它承擔(dān)肺功能，通過纖維膜將CO2與O2交換，為心臟提供富氧血液。(B) 將心臟連接到人工血液循環(huán)。(C) 底層模擬循環(huán)的示意圖；綠色=加熱回路，紅色=血液回路，粉紅色=測試回路，藍(lán)色=供氧

圖2：隔離灌注心臟試驗臺：豬心臟與人工血液循環(huán)相連;氧合器提供富氧血液;在前面可以看到集成在模擬回路中的光學(xué)流通池。

01、材料與方法

在這些實驗中使用了三個豬心;由于它們與人類心臟具有很大的解剖學(xué)和生理學(xué)相似性，因此它們代表了一種很好的實驗替代方案。心臟冠狀動脈被仔細(xì)解剖并與主動脈分離。由此產(chǎn)生的血管引流管（口）被縫合，心臟的左側(cè)可以用作單獨的獨立測試回路的泵。冠狀動脈通過氧合器（作為肺替代物）與心臟右側(cè)短路。在機(jī)械泵和氧合器（圖1A）的支持下，將溫度為37°C的含氧血液供應(yīng)到心臟（圖1 C）。

當(dāng)心臟升溫時，心肌開始自主收縮，由心臟自身的興奮系統(tǒng)竇房結(jié)啟動。一旦心臟活動恢復(fù)，可能會發(fā)生心律失常，稱為心室顫動，可以用除顫器治療。除顫器產(chǎn)生放電，使心臟同步，竇房結(jié)可以再次設(shè)定生理速度。為了確保心臟再次收縮，必須將血液設(shè)置為生理值。氧氣和二氧化碳的分壓以及溫度和葡萄糖水平尤為重要。標(biāo)準(zhǔn)值列于表1中。

表1：血液標(biāo)準(zhǔn)值

氧氣和二氧化碳對氧合器進(jìn)行充氣要求特別高，需要加以控制。用于快速血值分析的三個PreSens流通池，帶有集成的pO2， pCO2和葡萄糖傳感器，安裝在心臟和氧合器之間的模擬環(huán)中（圖2）。此外，連接到其中一個PreSens測量設(shè)備的溫度傳感器直接插入血流中。葡萄糖傳感器在移植前用血液弄濕，可以給傳感器足夠的時間（大約2小時）以在將其安裝到模擬回路中之前達(dá)到平衡。在實驗過程中可以實時跟蹤測量結(jié)果。此外，使用血氣分析儀（BGA）記錄數(shù)據(jù)，以便與PreSesn數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并在實驗開始時對FTC進(jìn)行單點調(diào)整。使用BGA進(jìn)行測量需要每3-5分鐘收集一次數(shù)據(jù)。

02、結(jié)果

2018 年 7 月 23 日，PreSensFTC可以在三個心臟的測試臺上首次進(jìn)行測試（圖2）。所有三顆心臟都成功地用心臟I的相同血液A復(fù)活（見表2）。盡管只有很短的時間，但所有心臟都能成功復(fù)活的事實表明實驗是成功的。

表 2：2018 年 7 月 23 日離體灌注心臟實驗結(jié)果

集成在流通池中的PreSens傳感器非常有用，當(dāng)血氣和葡萄糖值超出范圍時可以快速干預(yù)。PreSens 傳感器對 pO 2和 pCO 2的測量顯示出與 BGA 值非常相似的過程。盡管在某些測量點的絕對值存在很大的偏差（例如，在圖 4 中的第 30 分鐘），但其余的測量值具有合理的小偏差。在圖 4 中，BGA 通常顯示出較高的 pO 2值。這可能是由于血液樣本在測量過程中不可避免地與環(huán)境空氣接觸造成的。由于環(huán)境空氣中的 pO 2通常高于血液中的 pO 2 ，因此存在交換和 pO 2在血液中增加。這也可以解釋圖 4 中前 15 分鐘的偏移。BGA 測量需要一些時間，并且在此期間血液正在冷卻，這反過來又會扭曲結(jié)果。此外，圖 5 中的兩個峰清楚地表明了 O 2和 CO 2分別添加到血液中的時間。這清楚地顯示了血液對添加氣體的反應(yīng)有多敏感。即使少量也會導(dǎo)致分壓突然增加。由于使用 PreSens 傳感器進(jìn)行持續(xù)測量，可以立即減少氣體供應(yīng)，尤其是 CO 2在實驗過程中保持生理水平。最初升至 40 °C 和隨后降至 37 °C 很可能是由手動控制恒溫器引起的。比較圖 6 和圖 5 可以看出，溫度與血液的 pCO 2密切相關(guān)。葡萄糖傳感器也顯示了它的功能。圖 7 中的兩個峰與添加 10 mL 20% 葡萄糖溶液一致。此外，在第 30 分鐘可以看到葡萄糖的強(qiáng)烈下降。這表明此時功能齊全的心臟消耗了葡萄糖。隨后葡萄糖水平的增加是由于葡萄糖溶液的控制供應(yīng)。