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PulsOxy – Pulsatile Flüsse zur Funktionsoptimierung eines Langzeit-Oxygenators

Stand der Forschung

Extrakorporale Lungenunterstützungssysteme (ECLS) werden z. B. bei akutem Lungenversagen oder chronischem Lungenversagen eingesetzt. Diese Systeme bestehen unter anderem aus einer Blutpumpe und einem Oxygenator. Die Pumpe fördert das Blut konstant durch den extrakorporalen Kreislauf, wobei der Oxygenator den Gasaustausch im Blut gewährleistet. Der Gasaustausch erfolgt über eine mikroporöse Membran, die Gas- und Blutphase trennt. Durch Diffusion kann Sauerstoff vom Gas ins Blut und umgekehrt Kohlenstoffdioxid vom Blut in das Gas übergehen. Jedoch ist der Einsatz eines Oxygenators nur für einen begrenzten Zeitraum möglich. Nach sieben bis vierzehn Tagen muss dieser ausgetauscht werden, weil Ablagerungen auf der Membran und Thrombenbildung die Leistung des Oxygenators zunehmend verschlechtern. Da bei einer ECMO-Behandlung in den meisten Fällen die Behandlungsdauer über mehrere Wochen erfolgt, ist es nötig den Austausch des Oxygenators während der Behandlung durchzuführen, was immer eine Belastung für den Patienten bedeutet. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert die Einsatzdauer eines Oxygenators zu steigern.

Projektziele

In Zusammenarbeit mit der Klinik für Anästhesiologie des Uniklinikums Aachen prüfen wir die Hypothese, ob durch eine pulsatile Durchströmung des Oxygenators die Gastransferleistung und Hämokompatibilität von diesem verbessert werden kann. Es werden in der Literatur Fälle beschrieben, bei denen der pulsatile Blutfluss einen positiven Einfluss auf den Patienten und die Leistung des Oxygenators hat [1], in anderen Studien konnte dies nicht bestätigt werden [2]. Die Vermutung ist, dass bei konstantem Fluss die Durchmischung im Oxygenator geringer ist als bei pulsatilem Fluss. Somit können sich bei konstantem Fluss sogenannte Stasezonen deutlicher ausbilden. Diese werden kaum durchströmt und beeinflussen dadurch negativ die Hämokompatibilität. Durch eine verbesserte Durchmischung bei pulsatilem Blutfluss, könnten diese Stasezonen minimiert und die Hämokompatibilität des Oxygenators deutlich verbessert werden. Ein weiterer positiver Effekt der verstärkten Durchmischung des Blutes könnte außerdem die Reduzierung sowohl der Fibrinablagerung auf der Membran als auch der Ausbildung eines Plasmasaums sein. Infolgedessen würde die Membran länger einen ausreichenden Gasaustausch zulassen und damit die Einsatzdauer des Oxygenators verlängern.

Abbildung 1: Beispiele für einen pulsatilen Flussverlauf

Im Rahmen dieses Projektes entwickeln wir ein Labormuster eines Oxygenators mit gut beschreib- und simulierbarem Flussprofil und legen eine Pumpensteuerung aus, die pulsatile Flussprofile erzeugt. Die Flussprofile werden vor technischem und medizinischem Hintergrund bewertet und ausgewählt. Mit dem Labormuster führen wir vergleichende, systematische und standardisierte In-vitro-Tests mit pulsatilen und konstanten Flüssen durch. Die Effekte der Art der Blutströmung auf Gasaustauschleistung und Hämokompatibilität werden in getrennten Versuchen untersucht.

Abbildung 2: Schnittdarstellung des Labormuster eines Oxygenators

Publikationen

[1] G. Wright. Mechanical Simulation of Cardiac Function by means of pulsatile blood pumps Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, 11(3): 299-309, 1997

[2] G. Chow, I. Roberts, D. Edwards, A. Lliyd-Thomas, A. Wade, M. Elliott & F. Kikham. The relation between pump flow rate and pulsatility on cerebral hemodynamics during pediatric cardiopulmonary bypass. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 114: 568-577, 1997.

 

Kontakt

Lotte Schraven M. Sc.

Tel: +49 241 80 88616

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Dieses Projekt wird gefördert durch


 

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