Zur Frage der Stofftransporteigenschaften von Oxygenatorhohlfasermembranen bezüglich der Durchlässigkeit für Fluide und Narkosegase

Hoffmann, Nicolas; Mottaghy, Khosrow

doi:29066

Zur Frage der Stofftransporteigenschaften von Oxygenatorhohlfasermembranen bezüglich der Durchlässigkeit für Fluide und Narkosegase = Study of the mass transport properties of oxygenator hollow fibre membranes with regards to the permeability of fluids and anaesthetic gases

Hoffmann, Nicolas (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Nicolas Hoffmann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangIV, 138 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Mottaghy, Khosrow (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-02-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-27059
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50663/files/Hoffmann_Nicolas.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Physiologie (512000-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Polypropylen (Genormte SW) ; Isofluran (Genormte SW) ; Xenon (Genormte SW) ; Distickstoffmonoxid (Genormte SW) ; Herz-Lungen-Maschine (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; Plasma Leakage (frei) ; PP (frei) ; Polymethylpenten (frei) ; PMP (frei) ; HLM (frei) ; Extrakorporale Zirkulation (frei) ; EKZ (frei) ; Oxygenator (frei) ; Hohlfasermembran (frei) ; oxygenator (frei) ; plasma leakage (frei) ; polymethylpentene (frei) ; cardiopulmonary bypass (frei) ; CPB (frei) ; extracorporeal circulation (frei) ; ECC (frei) ; hollow fibre membrane (frei) ; isoflurane (frei) ; xenon (frei) ; nitrous oxide (frei) ; polypropylene (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Mikroporöse Hohlfasermembranoxygenatoren mit klinisch etablierten Polypropylen- (PP) oder neuartige Polymethylpenten-Membranen (PMP) werden klinisch als künstliche Lungen beim kardiopulmonalen Bypass (CPB) und zur extrakorporalen Lungenunterstützung (ECLS) eingesetzt. Silikonplattenmembranoxygenatoren können auch verwendet werden. Beim Langzeiteinsatz der PP-Membranoxygenatoren kann es zum multifaktoriellen bedingtem Plasma Leakage kommen. Die zur Vermeidung dieses unerwünschten Ereignisses entwickelten PMP-Membranoxygenatoren sollen es aufgrund einer veränderten, dichteren Membranstruktur verhindern können. Bei der Anwendung von PMP-Membranoxygenatoren kann klinisch während dem kardiopulmonalen Bypass nicht ausreichend das volatile Anästhetikum Isofluran verabreicht werden. Beim Teststand Wasserdampf-Transfer wurde an Oxygenator-Modulen untersucht, ob sich die Wasserdampfkondensat-Menge bei PP- und PMP-Oxygenatoren unterscheidet, die sich nach Perfusion der Oxygenatoren auf die Flüssigkeitsseite mit destilliertem Wasser und Beströmung mit trockenem Gas auf der Gasseite nachweisen ließ. Es war kein Unterschied bei der Kondensatmenge, die als ein Auslösemechanismus für Plasma Leakage diskutiert wird, bei den Oxygenator-Modulen nachzuweisen. Wie auch bei den Silikonmembranoxygenatoren wurde das Gas vollständig mit Wasserdampf gesättigt. Sollte der Kondensationsprozess einen Auslösemechanismus bei der Entwicklung des Plasma Leakage bedeuten, so lässt sich in diesem Punkt keine größere Sicherheit bei der Anwendung von PMP-Membranoxygenatoren feststellen. Dennoch bietet die dünne PMP-Abschlussmembran der Kapillarwirkung theoretisch einen Widerstand. Bei der Dichtheitsprüfung der mikroporösen Hohlfasermembranen mittels dem Perfluorcarbon FC-43® und Oxygenator-Test-Modulen konnte gezeigt werden, dass PP-Membranen den Durchtritt wesentlich weniger verhindern konnte. Allerdings war auch ein Durchtritt bei PMP-Membranen nachweisbar. Silikonmembranen erweckten den Eindruck, FC-43® noch besser zurückhalten zu können. Somit können PMP-Membranen als undurchlässiger für Flüssigkeiten gelten als PP-Membranen, sind aber nicht 100% dicht. Ein Plasma Leakage scheint daher nach den Erkenntnissen bei PMP-Membranen deutlich unwahrscheinlicher, aber nicht sicher auszuschließen. Für den Langzeiteinsatz von Oxygenator zum ECLS sind daher PMP-Hohlfasermembranoxygenatoren gegenüber PP-Oxygenatoren zu bevorzugen. In einem in-vitro-Experiment wurde die Transportfähigkeit der Hohlfasermembranen für Narkosegase überprüft. Die Oxygenator-Module wurden mit Kochsalzlösung oder Schweineblut perfundiert und gasseitig mit den inhalatativen Anästhetika Isofluran, Lachgas oder Xenon beströmt. Während die Transportkapazität von PP- und PMP-Membranen für Lachgas und Xenon keinen Unterschied zeigten, konnte eine deutlich verminderte Applizierbarkeit von Isofluran über PMP-Membranen nachgewiesen werden. Sollen beim CPB als inhalatative Anästhetika halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Isofluran via Oxygenator verabreicht werden, so ist von dem Einsatz von PMP-Hohlfasermembranoxygenatoren abzuraten. Diese Einschränkung gilt nicht für die Applikation von Lachgas oder Xenon. Für die Untersuchungen wurden neue Teststände entwickelt, die in ihrer Form als reine in-vitro-Versuche klinisch relevante Erkenntnisse liefern können. Diese Versuchsaufbauten können sich durch weitere Standardisierung bei weitergehenden Studien etablieren.

Microporous hollow fibre membrane oxygenators with clinically-established polypropylene (PP) or innovative polymethylpentene (PMP) membranes are used clinically for cardiopulmonary bypasses (CPB) and extracorporeal life support (ECLS). Membrane oxygenators with silicone plates may also be used. During long-term use of PP membrane oxygenators, plasma leakage is possible due to a variety of factors. The PMP membrane oxygenators developed to avoid this undesirable occurrence should be able to prevent this due to their modified, denser membrane structure. In the clinical use of PMP membrane oxygenators for CPB, the halogenated anaesthetic isoflurane cannot be administered in sufficient amounts. In the set-up to test steam transfer, the PP and PMP oxygenator modules were analysed for differences in permeability through perfusion with distilled water on the fluid side and streaming of dry gas on the gas side. No differences could be detected in the amount of water condensate, whose function as a trigger for plasma leakage is controversial. As with the silicone membrane oxygenators, the gas was fully saturated with water condensate. Should the condensation process in the microporous membrane be a trigger mechanism for plasma leakage, using a PMP membrane oxygenator would not offer a higher level of safety. However, the thin sealing membrane at the surface of PMP membrane oxygenators should theoretically provide greater resistance to capillary attraction. Leakage tests of the microporous hollow fibre membranes with Perfluorcarbon FC-43® and oxygenator test modules showed that PP membranes were able to prevent considerably less transfer. Admittedly, transfer was also detected with the PMP membranes. Silicone membranes appeared to retain FC-43® the best. Thus although PMP membranes could be considered to have better liquid retention properties than PP membranes, they are not 100% impervious. This observation means that plasma leakage seems far unlikelier when PMP membranes are used, although cannot be ruled out definitively. Thus in long-term clinical application for ECLS, PMP hollow fibre membrane oxygenators should be favoured over those with PP membranes. The narcotic gas transport capacity of hollow fibre membranes was explored in an in-vitro investigation. The oxygenator modules were perfused with saline solution and native porcine blood on the liquid side and aerated with the gaseous anaesthetics isoflurane, nitrous oxide and xenon on the gas side. The transport capacity of PP and PMP membranes showed no difference in the case of nitrous oxide and xenon, but the gas transfer performance of PP membranes was lower with isoflurane. Should a halogenated anaesthetic such as isoflurane be used during CPB and administered via a hollow fibre membrane oxygenator, use of PMP hollow fibre membrane oxygenators should be discouraged. This restriction does not apply to the administering of nitrous oxide or xenon. As purely in-vitro-experiments, the new test set-ups developed for the investigations could provide clinically-relevant knowledge. Further standardisation of the set-up could establish its use in future studies.

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