PreSens 光学传感器在隔离灌注心脏试验台中监测 O2、CO2和葡萄糖

+86-0731-84428665

新闻资讯

来源: | 作者:康森特生物科技 | 发布时间: 2023-10-27 | 313 次浏览 | 分享到:

在长期应用人工肺（体外膜肺氧合 - ECMO）期间，可能会发生不同的并发症，如血液凝固，细胞破坏（溶血）或患者的出血倾向。这些并发症是由机械血泵还是ECMO中的血流引起的目前尚不清楚。为了研究凝血和溶血的形成，正在开发一种分离的、灌注的动物心脏的试验台，这是一种理想的生理血泵。因此，可以区分流体机械过程、生物相容性问题以及泵引起的现象。

该研究旨在调查这些并发症的原因是否出现在血泵或氧合器本身中。因此，我们开发了一种医用ECMO测试台，将隔离的灌注心脏作为血泵。在生理条件下，这种血泵不会造成任何损害。如果在这些实验条件下发生溶血和血液凝固增加，这很可能表明氧合器中的流动情况不是最佳的。

图1:(A)填充氧合器。它承担肺功能，通过纤维膜将CO2与O2交换，为心脏提供富氧血液。(B) 将心脏连接到人工血液循环。(C) 底层模拟循环的示意图；绿色=加热回路，红色=血液回路，粉红色=测试回路，蓝色=供氧

图2：隔离灌注心脏试验台：猪心脏与人工血液循环相连;氧合器提供富氧血液;在前面可以看到集成在模拟回路中的光学流通池。

材料与方法

在这些实验中使用了三个猪心;由于它们与人类心脏具有很大的解剖学和生理学相似性，因此它们代表了一种很好的实验替代方案。心脏冠状动脉被仔细解剖并与主动脉分离。由此产生的血管引流管（口）被缝合，心脏的左侧可以用作单独的独立测试回路的泵。冠状动脉通过氧合器（作为肺替代物）与心脏右侧短路。在机械泵和氧合器（图1A）的支持下，将温度为37°C的含氧血液供应到心脏（图1 C）。

当心脏升温时，心肌开始自主收缩，由心脏自身的兴奋系统窦房结启动。一旦心脏活动恢复，可能会发生心律失常，称为心室颤动，可以用除颤器治疗。除颤器产生放电，使心脏同步，窦房结可以再次设定生理速度。为了确保心脏再次收缩，必须将血液设置为生理值。氧气和二氧化碳的分压以及温度和葡萄糖水平尤为重要。标准值列于表1中。

表1：血液标准值

氧气和二氧化碳对氧合器进行充气要求特别高，需要加以控制。用于快速血值分析的三个PreSens流通池，带有集成的pO2， pCO2和葡萄糖传感器，安装在心脏和氧合器之间的模拟环中（图2）。此外，连接到其中一个PreSens测量设备的温度传感器直接插入血流中。葡萄糖传感器在移植前用血液弄湿，可以给传感器足够的时间（大约2小时）以在将其安装到模拟回路中之前达到平衡。在实验过程中可以实时跟踪测量结果。此外，使用血气分析仪（BGA）记录数据，以便与PreSesn数据进行比较，并在实验开始时对FTC进行单点调整。使用BGA进行测量需要每3-5分钟收集一次数据。

结果

2018 年 7 月 23 日，PreSensFTC可以在三个心脏的测试台上首次进行测试（图2）。所有三颗心脏都成功地用心脏I的相同血液A复活（见表2）。尽管只有很短的时间，但所有心脏都能成功复活的事实表明实验是成功的。

表 2：2018 年 7 月 23 日离体灌注心脏实验结果

集成在流通池中的PreSens传感器非常有用，当血气和葡萄糖值超出范围时可以快速干预。PreSens 传感器对 pO 2和 pCO 2的测量显示出与 BGA 值非常相似的过程。尽管在某些测量点的绝对值存在很大的偏差（例如，在图 4 中的第 30 分钟），但其余的测量值具有合理的小偏差。在图 4 中，BGA 通常显示出较高的 pO 2值。这可能是由于血液样本在测量过程中不可避免地与环境空气接触造成的。由于环境空气中的 pO 2通常高于血液中的 pO 2 ，因此存在交换和 pO 2在血液中增加。这也可以解释图 4 中前 15 分钟的偏移。BGA 测量需要一些时间，并且在此期间血液正在冷却，这反过来又会扭曲结果。此外，图 5 中的两个峰清楚地表明了 O 2和 CO 2分别添加到血液中的时间。这清楚地显示了血液对添加气体的反应有多敏感。即使少量也会导致分压突然增加。由于使用 PreSens 传感器进行持续测量，可以立即减少气体供应，尤其是 CO 2在实验过程中保持生理水平。最初升至 40 °C 和随后降至 37 °C 很可能是由手动控制恒温器引起的。比较图 6 和图 5 可以看出，温度与血液的 pCO 2密切相关。葡萄糖传感器也显示了它的功能。图 7 中的两个峰与添加 10 mL 20% 葡萄糖溶液一致。此外，在第 30 分钟可以看到葡萄糖的强烈下降。这表明此时功能齐全的心脏消耗了葡萄糖。随后葡萄糖水平的增加是由于葡萄糖溶液的控制供应。