SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI REZUMAT [602399]
Universitatea „Politehnica” din Timișoara
Facultatea de Mecanică
PROIECT DE DIPLOMĂ
COORDONATOR: STUDENT: [anonimizat]. VĂCĂRESCU Valeria SIMOC Damaris
Timișoara, 2017
Universitatea „Politehnica” din Timișoara
Facultatea de Mecanică
SPECIALIZAREA INGINERIE MEDICALĂ
PROIECT DE DIPLOMĂ
SISTEME DE VEHICULARE
EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
COORDONATOR: STUDENT: [anonimizat]. VĂCĂRESCU Valeria SIMOC Damaris
Timișoara, 2017
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /REZUMAT
3/66
Rezumat
Lucrarea debutează cu prezentarea metodelor de suplinire a funcțiilor rinichiului
folosind aparatul de dializă. Aparatul de dializă este folosit pentru a suplini funcțiile
rinichilor pe cale artificială.
Pentru a realiza o dializă eficientă di n punct de vedere al procesului de epurare și
lipsită de riscuri nedorite pentru pacient: [anonimizat] a sângelui, prepararea și
vehicularea lichid ului de dializă.
În vederea desfășurării procesului de dializă intervin elementele de vehiculare ce au
rolul de a transporta diferitele fluide (lichid de dializă, sânge, dezinfectanți, concentrate de
dializă, apă dedurizată). Fac parte din această categori e: pompele cu piston, pompe cu roți
dințate, pompe peristaltice, electrovalve.
În lucrarea de față s -au abordat sisteme de vehiculare extracorporală a sângelui
respectiv pompe peristaltice.
Pompele peristaltice sunt utilizate în mod obișnuit pentru vehi cularea diferitelor tipuri
de lichide in aplicații industriale variate. Acest tip de pompă este foarte convenabil pentru că
nu vine în contact direct cu fluidele vehiculate. În schimb, o secțiune de tuburi flexibile trece
prin mecanismul pompei unde este c omprimat de role pentru a împinge lichidul înainte.
Aceste pompe necesită o cantitate semnificativă de energie și sunt acționate de motoare de
curent continuu sau de curent alternativ cu comandă a vitezei variabile. Trebuie prevăzute
mijloace electronice p entru a se asigura că motorul se rotește la viteza dorită.
Pompa peristaltică are un rol vital pentru transportul sângelui în circuitul
extracorporal.
Lucrarea a fost structurată pe două părți.
Prima parte a lucrării conține considerații teoretice ce descr iu anatomia și funcțiile
rinichiului, aspectele patologice ale bolilor renale, procesul de dializă și rolul acestuia.
A doua parte a lucrării conține 3 capitole. În primul capitol este prezentată metoda de
vehiculare a sângelui, tipuri de pompe utilizate î n instalațiile de suplinire a funcției rinichiului.
Capitolul al doilea prezintă variantele de pompe, iar în capitolul trei s -au efectuat calculele
hidraulice, funcționale și calculele de verificare și de rezistență.
Desenul realizat, este atașat de asemen ea la finalul lucrării.
La finalul lucrării a fost atașată lista bibliografică.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /ABSTRACT
4/63 Abstract
This paper work begins by presenting different methods for replacing kidney
functions using the dialysis device. The dialysis device is used to supplement the
kidney functions through an artificial method.
In order to achieve a dialysis that is effective from the point of view of the
purification process and free of undesirable risks for the patient, the dialysis device
should monitor the technical parameters during d ialysis and ensure extracorporeal
blood circulation, preparation and circulation of the dialysis fluid.
In order to carry out the dialysis process, the transport element are carried out
to transport the different fluids (dialysis fluid, blood, disinfectant s, dialysis
concentrates, softened water). They are part of this category: piston pumps, gear
pumps, peristaltic pumps, solenoid valves.
This paper work treats the subject of extracorporeal blood circulation systems
and peristaltic pumps. Peristaltic pumps are commonly used to deliver different types
of liquids to various industrial aplications. This type of pump is very convenient
because it does not come in direct contact with the circulated fluids.
Instead, a section of flexible tubes passes through the pump mechanism where
it is compressed by the rollers to push the liquid forward. These pumps require a
significant amount of enery and are driven by DC or AC motors with variable speed
control. Electronic means must be provided to ensure that the engine r otates at the
desired speed.
The peristaltic pump plays a vital role in transporting blood to the
extracorporeal circuit.
This paper work was structured in two parts.
The first part of the paper contains theorethical considerations describing
kidney ana tomy and functions, pathological aspects of kidney disease, dialysis and its
role.
The second part of the paper contains three chapters. The first chapter presents
the method of blood circulation, types of pumps used in the filling facilities. The
second chapter presents the pump variants and in the third chapter the hydraulic
calculations, the functional calculations and the resistance verification calculations
were carried out.
The drawn that was made is attached at the end of the paper.
The bibliographi c list was added at the end of the paper work.
SISTEME DE VEHICU LARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI/CUPRINS
5/66
Cuprins
Introducere …………………………………………………………………………………… ..7
CAPITOLUL 1. ANATOMIA ȘI FIZIOLOGIA RINICHIULUI …………………………… ..9
1.1. Noțiuni de anatomie ………………………………………………………………. 9
1.2. Funcțiile rinichiului ………………………… …………………………………… 10
CAPITOLUL 2. ASPECTE PATOLOGICE ALE BOLILOR RENALE …………………… 12
2.1. Cauze și consecințe ……………………………………………………………… 12
2.2. Tipuri de boli care duc la I.R.T ………………………………………………… ..12
2.3. Suplinirea funcțiilor rinichilor ………………………………………………… …13
CAPITOLUL 3. DIALIZA ………………………………………………………………… …15
3.1. Principii de realizare a dializei ………………………………………………… …15
3.1.1. Principii fizico -chimice ale dializei ………………………………………… 16
3.2. Principii de dializă artificială ……………………………………………………. 22
3.3. Calitatea în dializă detaliat clearance ……………………………………………. 22
CAPITOLUL 4. APARATUL DE DIALIZĂ ………………………………………………. ..27
4.1. Rolul aparatului de dializă. Principii de funcționare …………………………….. 27
4.2. Componentele aparatului de dializă …………………………………………… …27
4.3. Tipuri de circuit de dializă ……………………………………………………… .29
4.3.1. Circuitele hidraulice de vehiculare ………………………………………….. 29
4.3.1.1. Circuitul de sânge ……………………………………………… .…… 29
4.3.1.2. Circuitul lichidului de dializă ………………………………………. ..30
4.3.2. Partea electromecanică de acționare/control ………………………………… 32
4.3.3. Circuite electronice/informatice de comandă și monitorizare/control …… .…32
4.4. Soluții constructive ale principalelor componente ale aparatelor de dializă …… ..32
CAPITOLUL 5. SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORAL Ă A SÂNGELUI ….34
5.1. Necesitatea vehiculării sângelui ……………………………………………… .…34
5.2. Condiții necesare de îndeplinit de către aceste sisteme ………………………… 35
5.3. Tipuri de pompe utilizate ……………………………………………………… …37
5.4. Pompe peristaltice …………………………………………………… ……… ..…39
CAPITOLUL 6. VARIANTE DE POMPE ……………………………………………… ..…43
6.1.Variante cu role fără contrapiesă …………………………………………… …….43
6.2.Varianta cu două role cu poziție reglabilă …………………………………… ……44
SISTEME DE VEHICU LARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI/CUPRINS
6/66
6.3. Varianta cu trei role cu poziție reglabilă ……………………………… ………… 45
CAPITOLUL 7. BREVIAR DE CALCUL ……………………………………………… …..47
7.1. Calcule hidraulice ………………………………………………… ……………. .47
7.2. Calcule funcționale ……………………………………………………………… .51
7.3. Calcule de verificare și de rezistență ………………………………………… …..58
CONCLUZII ……………………………… ………………………………………………… .64
Bibliografie ………………………………………………………………………………… …65
Anexă ………………………………………………………………………………………… 66
SISTEME DE VEHICU LARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI/INTRODUCERE
7/66
INTRODUCERE
Pe fondul dezvoltării continue a științei și a tehnicii, știința medicală inregistrează
progrese ce a u permis construirea unor aparate medicale de mare performanță și de mare
necesitate.
Ca urmare a evoluției umane a fost conturată și o preocupare legată de funcționarea
organismului viu, omul încercând să intervină prin aplicarea unor metode tot mai eficiente în
vederea menținerii cât și a redobândirii stării de sănătate.
Astfel, la început omul a încercat să folosească unelte, ini țial primitive și nesigure,
însă pe măsură ce s -a evoluat acestea au fost perfecționate.
La începu t se putea vorbi de apariția unor obiecte de uz medica l ce au schițat
dezvoltarea instrumentarului și ulterior a aparaturii biomedicale. Activitatea medicală a fost
marcată de o multitudine de domenii ale știintei prin intermediul cărora se pot înțelege
fenomenele ce se petrec la nivelul corpului uman.
În urm a cercetărilor făcute s-a dovedit că aparatura medicală este un instrument de
susținere al activității medicale. În acest sens sunt definite o serie de domenii în care aparatura
biomedicală prezintă un grad ridicat de complexitate cu interes sporit in dire cții precum
depistarea unor afecț iuni, tratarea acestora, însă și optimizarea unor funcții ale organismului.
La baza funcționării aparatelor medicale stau o serie de principii foarte diverse, fapt ce
permite conturarea unei clasificări ample.
După principi ul de funcționare aparatele medicale se diferențiază ca fiind magnetice,
pneumatice, hidraulice, electronice, electrice, mecanice, optice.
După apartenența la un anumit domeniu al medicinei, aparatele medicale pot fi
clasificate în aparate pentru exploată ri funcționale și diagnoză, pentru terapie intensivă , de
laborator, oftalmologice, chirurgicale, stomatologice.
Ca urmare a dezvoltării în strânsă legătură cu alte ramuri ale științei, aparatura
medicală a înregistrat progrese ce au condus la conturarea te hnicilor neconvenționale cu
aplicabilitate medicală, dintre care putem menționa: tehnica ultrasunetelor, a vizualizării în
infraroșu, a radiațiilor penetrante, a criogeniei, precum și cea de prelucrare a informației
obținută pe durata actului medical.
Dezvoltarea rapidă a aparaturii biomedicale a fost favorizată și de evoluția în
domeniul informatic , ceea ce a condus atât la stocarea unui volum mare de informație , cât și
la prelucrarea rapidă a acestora.
SISTEME DE VEHICU LARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI/INTRODUCERE
8/66
Realizarea unor aparate din ce în ce mai perfecți onate și de dimensiuni reduse,
prin interm ediul microelectronicii, a permis accesul în zone dificile ale organismului
precum și limitarea disconfortului subiectului uman aflat în contact cu aparatura
biomedicală.
Ca urmare a acestor evoluții în lumea științei s-a creat posibilitatea limitării sau
eliminării procedeelor invazive prin asistarea de către calculator a intervențiilor
medicale și pr in utilizarea pe scară largă a captării și prelucrării imaginilor din
interiorul organismului uman. Evoluția dezvolt ării aparatelor biomedicale susține
îmbunătățirea mijloacelor și a metodelor pentru depistarea și tratarea problemelor
survenite la nivelul organismului uman.
Direcțiile actuale de dezvoltare în domeniul aparaturii medicale urmăresc
asigurar ea unei siguran țe și exactități
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂ NGELUI /ANATOMIA ȘI FIZIOLOGIA
RINICHIULUI
9/66
CAPITOLUL 1. ANATOMIA ȘI FIZIOLOGIA RINICHIULUI
1.1. Noțiuni de anatomie
Rinichii sunt organe endocrine pereche situați în partea inferioară a cavității
abdominale, sub cutia toracică, câte unul de fiecare parte a coloanei vertebrale. Pri n
intermediul rinichilor se realizează menținerea la un nivel aproximativ constant al volumului
și a compoziției fluidelor aflate în organismul uman.
Admisia sângelui în rinichi are loc prin artera renală, iar evacua rea sângelui filtrat prin
vena renală. S ubsta nțele toxice și surplusul de apă sunt eliminate prin ureter către vezica
urinară.
Din punct de vedere al greutății, se pot distinge de osebiri în funcție de sex. La bă rbați
fiecare rinichi cântărește între 125 -170 g, iar la femei greutatea fiecărui ri nichi variază între
115-155 g. Lungimea rinichiului este de 11 -12 cm, lățimea de 5 -8 cm și grosimea de 2 -3 cm.
Rinichiul drept poate prezenta iregularități pe fața lateral ă și dimensiuni mai mari decât
rinichiul stâng ca urmare a compresiunii realizate de splină .
La nivelul rinichiulu i secționat se pot distinge două regiuni. Regiunea externă este
numită corticală (cortex) și regiunea internă este numită medulară. Medulara este secționată în
8-18 mase conice striate cunoscute sub denumirea de piramide rena le. Prin extinderea fiecărui
vârf al piramidei se formează papi la renală.
Unitatea structurală și funcțională a rinichiului este nefronul. El este format din
corpuscul renal (capsula Bowman și glomerul renal), tubul proximal, tubul distal și segmental
subțire. La nivelul fiecărui rinichi sunt identificați aproximativ 800.000 -1.200.000 de nefroni.
La nivelul nefronilor se formează urina, reprezentând totalitatea substanțelor reziduale
eliminate din sânge.
Porțiunea nefronului care părăsește tubul proximal și coboară până la nivelul papilei
renale se numește Ansa Henle, zona importantă pentru mecanismul de producere al urinii
primare. Se pot deos ebi doua tipuri de nefroni: cu a nsă Henle lungă și cu ansă Henle scurtă. În
general, lungimea ansei este corelată cu localizarea glomerulilor renali în corticală.
Nefronul este format din glomerul și tub urinifer. În proce sul de formare a urinei,
proces cunoscut sub denu mirea de homeostază, pot fi identificate următoarele etape: filtrarea
glomerulară, resorbția tubular ă și secreția tubulară. Se poate constata că la nivel glomerular se
realizează o filtrare, iar la nivel tubular o resorbție, urmată de o secreție. Urina rezultată este
compusă din apă (90%), uree, acid uric, creatinină.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂ NGELUI /ANATOMIA ȘI FIZIOLOGIA
RINICHIULUI
10/66
a). b).
Fig.1.1. Imaginea unui rinichi secționat [1]
a). rinichiul secționat b). nefronul
1.2. Funcțiile rinichiului
Principalele funcții ale rinichilor pot fi sistematizare astfel:
a). Menținerea homeostaziei
Homeostazia se poate realiza prin:
– reglarea volumului și compoziției fluidului extracelular;
– excreția produșilor de metabolism: creatinină, uree, acid uric;
– menținerea echilibrului acido -bazic prin reabsorbția bicarbonatului și secreția ionilor de
hidrogen;
– reglarea pe termen scurt sau pe termen lung a tensiunii arteriale prin excreția sodiului și a
apei;
b). Reglarea producției de vitamină D3
c). Glucogeneza
Se realizează prin realizarea sintezei în anumite condiții a glucozei din surse
neglucidice.
d). Hormo nogeneza
Constă în sinteza și eliberarea reninei, a aminei biogene și a prostaglandinelor.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂ NGELUI /ANATOMIA ȘI FIZIOLOGIA
RINICHIULUI
11/66
e). Deshidratarea
Se realizează prin eliminarea excedentului de lichid din organism.
f). Menținerea echilibrului hidro -electrolitic
Se realizează prin controlul co ncentrației electroliților în sânge și a conținutului de apă
al sângelui.
Se poate constata că rinichiul este un organ vital al organismului, având în principal
rolul de a epura organismul (sângele) de substanțele reziduale (creatinină, uree, acid uric) și
de a ține sub control în permanență concentrația electroliților în sânge și a conținutului de apă
al acestuia.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /ASPECTE PATOLOGICE ALE
BOLILOR RENALE
12/66
CAPITOLUL 2. ASPECTE PATOLOGICE ALE BOLILOR RENALE
2.1. Cauze și consecințe
Insuficiența renală cronică descrie consecințele clinice și biolo gice rezultate în
urma reducerii permanente a fun cțiilor renale. Alterările sau modificările biochimice
sanguine se instalează în paralel cu evoluția i nsuficienț ei sau disfuncționalit ății
sistemului renal și se agravează în mod progresiv cu reducerea masei nefronilor
sănătoși.
Manifestările clinice ale uremiei apar mult mai târziu . Ele se manifestă în
stadiul avansat al insuficienței renale, când debitul de filtrare glomerulară scade sub
valoarea de 10 ml/min (valoare de zece ori mai mică decât valoarea nor mală).
Din momentul instalării insuficienței renale terminale (I.R.T.) menține rea
homeostaziei nu mai poate fi posibilă. Astfel devine obligatorie suplinirea funcțiilor
rinichilor prin dializă pentru a putea menține pacienții în viață până în momentul
efectuării transplantului renal.
2.2. Tipu ri de boli care duc la I.R.T.
Principalele tipuri de boli ce conduc la I.R.T. sunt reprezentate de nefropatia
diabetică, maladiile glomerulare, scleroza renală de origine hipertensivă.
Bolile aparatului renal pot fi boli medicale și boli chirurgicale.
Bolile medicale includ glomerulonefritele (acute, subacute, subcronice,
cronice).
După stadiul actual al posibilităților de terapie, bolile renale se clasifică:
– boli medicale
– boli chirurgicale
– boli de insuficie nță renală
Bolile medicale:
– glomerulonefrite (acute și cronice)
– afecțiuni vasculare (scleroze renale)
– pielonefrite
– afecțiuni renale mixte
Bolile chirurgicale: ( din anomalii congenitale)
– joncțiunea pielouret erală, rinichi policlistic, rinichi du blu, rinichi ectopic
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /ASPECTE PATOLOGICE ALE
BOLILOR RENALE
13/66
– citopielitele – traumatisme
– tumori benigne sau maligne
– polipi vezicali, litiază renală, tuberculoză renală.
Bolile de insuficiență renală sunt o categorie aparte. Alături de celelalte organe vitale,
alterarea funcției rinichiului , duse la imposibilitatea epurării organismului de substanțe toxice
și nefolositoare, ducând la autointoxicație. Insuficiența renală poate fi acută (reversibilă) sau
cronică (ireversibilă).
Insuficiența renală acută survine în urma mai multor factori care trebuie cunoscuți.:
– stări infecțioase și infecțios alergice: scarlatină, pielonefrite, septicemii, nefrită acută
– tulburări hidroelectrolitice prin vărsături, diaree, holeră, toxinfecții alimentare, comă
diabetică, hemoragie diabetică, hemoragii digesti ve
– intoxicații accidentale cu mercur, plumb, aur, bismut, fosfor, iod, ciuperci
– stări de șoc: traumatisme grave (striviri), arme de foc, garou exploatat nerațional, hemoragii.
Analizând gruparea acestor cauze, se observă că ele acționează pe mai multe căi.
Astfel se produce o ischemie renală lipsită de irigație și oxigenare renală care duce la leziuni
degenerative ale epiteliului tubular. Cu cât ischemia se prelungește mai mult, cu atât leziunile
devin mai greu de surmontat.
Insuficiența renală cronică se caracterizează prin incapacitatea secretorie și executorie
a rinichiului. În acest caz apare hiperastenia care este rezultatul acumulării în organism al
substanțelor endotoxice și nefolositoare. Autointoxicația duce progresiv la comă uremică și
moarte.
Insuficiențele glomerurare prezintă două tipuri de aspecte fizio -patologice:
– insuficiențe de filtrare -insuficiența renală cronică
– tulburări de perneabilitate glomerurară – ilustrată clinic de sindrom.
2.3. Suplinirea funcțiilor rinichilor
Rinichii, ca orice organ al corpului, sunt afectați de o serie de boli sau
disfuncționalități.
Datorită acestor boli sau deficient rinic hii îți pierd parț ial sau total funcțiile epurative.
Suplinirea funcțiilor afectate sau pierdute ale rinichilor se poate realiza prin efectuarea unui
transplant renal. Această intervenție asigură o recuperare totală și un standard de viață
corespunzător pentru pacienți.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /ASPECTE PATOLOGICE ALE
BOLILOR RENALE
14/66
Până la momentul găsirii donorului corespunzător și până la efectuarea
transplantului renal trebuie menținută func ția rinichilor afectați în vederea efectuării
intervenției chirurgicale .
Menținerea funcțiilor rinichilor afectați se realizează pe cale artificială pe
parcursul unui proces numit proces de dializă. Procesul se realizeză cu ajutorul unei
aparaturi adecvate acestui scop, aparat cunoscut sub denumirea de aparat de dializă.
Rinichiul sănătos îndeplinește în principal două funcțiuni importante, epurarea
substanțelor toxice rezultate în urma metabolismului și reglarea bilanțului hidric și
electrolitic al organi smului. Acestora se adaugă funcțiile endocrine care sunt la fel de
importante pentru a menține funcționarea normal ă a rinichiului.
Epurarea sângelui de toxine și reglarea bilanțului hidric al organismului pot fi
suplinite prin intermediul dializei, iar tul burările endocrine, metabolice și imunologice
rezultate în urma pierderii masei renale active necesită în paralel cu p rocesul de dializă
tratament farmacologic specific.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
15/66
CAPITOLUL 3. DIALIZA
3.1. Principii de realizare a dializei
Procesul de dializă est e definit ca fiind procesul extrarenal în urma căruia se
corectează tulburările metabolice, hidrice și electrolitice ce cracterizează insuficiența renală
acută sau cronică.
Suplinirea principalelor funcții ale rinichilor pe parcursul procesului de dializă are la
bază un schimb de substanțe între sângele pacientului și o soluție hidroelectrolitică, soluție
numită lichid de dializă.
Schimburile de substanță între sânge și lichidul de dializă se realizează extracorporal
la nivelul unei membrane semipermeabile aflată în construcția elementului principal al
rinichiului artificial numit cartuș filtrant (dializor).
Membranele semipermeabile din construcția cartușelo r filtrante trebuie să ofere
posibilitatea schimbului de substanțe între sânge și lichidul de dializ ă. Se urmărește trecerea
substanțelor toxice din sânge (acid uric, creatinină, uree) în lichidul de dializă, precum și
trecerea unor substanțe medicamentoase (substanțe anticoagulante, glucoză) din lichidul de
dializă în sânge.
Dializa este definită ca fii nd tratamentul medical aplicat în situațiile instalării
deficiențelor renale (îmbolnăviri ale glomerulelor) sau a leziunilor arteriale renale. Dializa
constă în epurarea sângelui de substanțele toxice acumulate în organism pe parcursul
procesului metabolic .
Procesul de dializă se efectuează în cadrul unor ședințe de dializă cu ajutorul
aparatului de dializă, epurarea realizându -se în afara corpului uman, prin intermediul
dializorului conecta t la circuitul extracorporal.
În vederea facilitării racordului la aparat pacientul este supus unei intervenții
chirurgicale (realizarea abordului vascular).
Suplinirea funcției rinichilor se realizează printr -un schimb de substanțe, între sângele
destinat epurării și un lichid hidroelectrolitic, numit lichid de dializ ă. Schimbul de substanțe
între sânge și lichidul de dializă are loc la nivelul unei membrane semipermeabile, transfer de
substanță determinat de diferența de concentrație și de presiune pe cele două fețe ale
membranei. Membrana poate fi artificială, situaț ie în care ea este încorporată într -un dializor
(cartuș filtrant), sau naturală (dializa peritoneală).
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
16/66
Sensul de circulație a lichidului de dializă este opus veiculării sângelui (curgere în
contracurent), astfel realizându -se o creștere a eficacității t ransferului de substanțe între cele
două lichide.
În absența circulației lichidelor se realizează echilibrul foarte rapid, pe cele două fețe
ale membranei, dintre concentrațiile celor două fluide. Pentru a menține schimbul de
substanțe trebuie să se real izeze evacuarea toxi nelor care au traversat membrana . Evacuarea
se realizează prin asigurarea curgerii continue a lichidului de dializă în care sunt acumulate
toxinele din sânge . Lichidul de dializă după utilizare este evacuat din circuit. Alegerea atentă
a compoziției chimice a lichidului de dializă conduce la evitarea “filtrării” din sânge a unor
molecule sau ioni necesari organismului.
Pentru a evita difuzia acestor ioni sau molecule prin membrana semipermeabilă este
suficientă introducerea lor în lich idul de dializă, în aceeași concentrație ca și în plasma
sanguină. În funcție de starea pacientului, compoziția standard a lichidului de dializă poate fi
modificată de către medic prin adăugarea unor substanțe chimice lichide (potasiu, calciu).
3.1.1. Pri ncipii fizico -chimice ale dializei
Schimburile de substanță dintre sânge și lichidul de dializă pe parcursul proce sului de
dializă are la bază anumi te fenomene fizico -chimice:
a). Ultrafiltrarea (convecția) ;
b). Difuzia (conducția);
c). Osmoza .
Schimbul de substanțe între sânge și lichidul de dializă se bazează pe două
mecanisme fundamentale: difuzia (conducția) și convecția (ultrafiltrarea).
a). Ultrafiltrarea
Ultrafiltrarea este procesul prin care se realizează transportul de fluide prin
membrana semi permeabilă. Transportul de fluide este influențat de presiunea aplicată
asupra membrane i (presiunea transmembranară).
Presiunea transmembranară poate fi influențată fie prin exercitarea unei presiuni
pozitive în compartimentul sanguin fie a unei presiuni negative în compartimentul soluției de
dializă. Cantitatea de fluide care traversează în aceste condiții membrana semipermeabilă
poartă denumirea de ultrafiltrat.
Transferul prin convecție presupune un transport simultan al solventului și a
unei fracțiun i din substanța care acesta o conține.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
17/66
Prin acest fenomen se asigură corectarea dezechilibrului hidric al pacienților.
Întotdeauna sensul presiunii de filtrare este dinspre sânge spre lichidul de dializă (presiunea
lichidului de dializă este întotdeauna ma i mică decât presiunea sângelui).
Debitul transferului convectiv este influențat de presiunea transmembranală, de
concentrațiile substanțelor toxice în sânge, de suprafața activă a membranei și de
permeabilitatea hidraulică a membranei. Presiunea transmemb ranală eficace constă în
diferența dintre presiunea hidrostatică și presiunea osmotică create de către proteinele din
sânge, care nu pot trece prin membrane de dializă.
Pentru realizarea transferului de substanțe prin convecție este necesar ă crearea unei
diferențe de presiune, pe o față și alta a membranei.
Fig. 3.1. Principiul convecției [2]
b). Difuziunea (difuzia)
Difuzia este migrarea moleculelor, atomilor, ionilor printr -o membrană de schimb,
dintr -un compartiment cu concentrație mai mare al acest or particole, spre unul cu o
concentrație mai mică, până la egalizarea celor două concentrații.
La dializă, difuzia se realizează prin membrana dializantă, între compartimentul sânge
și compartimentul lichid dializant.
În funcție de propietățile fizico -chimice ale membranei (dimensiunea orificiilor,
compoziția chimică a materialului, etc), absorția în lichidul dializant a componentelor din
sânge este diferită. Dacă nu s -ar realiza o selectivitate comparabilă cu a rinichiului natural,
împreună cu substanțel e toxice, ar putea să difuzeze și substanțele utile din sânge, de exemplu
proteinele.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
18/66
Evident, dializa artificială are aici și o mare deficiență, gradul de
autropomorfism al rinichiului artificial fiind încă departe de 1.
Eficiența procesului de dializă d epinde în principal de problema difuziei
selective, deci soluționarea ei este de mare importanță.
Fig. 3.2. Principiul difuziei [3]
c). Osmoza
Prin osmoză se înțelege procesul de trecere a unui solvent printr -o membrană
semipermeabilă care separă două soluții de compoziție sau concentrație diferită, lucru
care se produce de la soluția mai diluată spre cea mai concentrată până la echilibrarea
presiunilor.
Modelul matematic de descriere a procesului osmotic este:
Fig. 3.3. Principiul osmozei [4]
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
19/66
După cum se observă din figură, considerăm un sistem compus din două
compartimente, w 1 și w 2 , separate pri n membran ă. Substanța S are la momentul t, concentrația
C1 (t) în compartimentul w 1 și concentrația C 2 (t) în W 2, C1 <C2 astfel încât direcția difuziei
este W1
W2
Variabilele folosite sunt:
1* variabila independentă – timpul t
2* la fiecare moment t, compartimentul W este caracterizat prin:
– V – volumul lui W – v = ct
– Q(t) – cantitatea de substanță S în compartimentul W
3* la fieca re moment de timp t, membrana M este caracterizată prin:
A = suprafața membranei; A = ct
x = grosimea membranei; x = ct
D = coeficientul de difuzie al lui S prin M; D = ct
KM/W = raportul de distribuție al lui S la echilibru între M și W; K M/W = ct
Ecuaț ia generală a difuziei lui S din W 1 în W 2 este:
xtC KtC K
DAdtdQ WM WM
)( )(2 / 1 / 1 2 1
(1)
unde: C 1(t) =
11)(
VtQ
Q1 + Q 2 = Q; Q = cantitatea to tală de substanță în cele două compartimente .
Cu ajutorul diferenț ei concentrațiilor, putem scrie (1) ți nând seama numai de
variabile le prezentate în lista inițială .
–
dtdQ1 =
xVtC K
VtC K
DAMW WM
22
11 / )( )(
2 1
Pentru simplificare adoptăm notațiile:
K1 =
xDA
; K 2 =
1/1
VKWM ; K 3 =
2/2
VKWM
K4 = K3 Q; K 5 = K 1 (K2 + K 3); K 6 = K 1 K4
Prin urmare rezultă:
dtdQ1
K5 Q1 (t) – K6
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
20/66
Separând variabilele:
dtQ K KdQ
t)(1 5 61
Ct tQK KK )(1
15 6
5
pentru t=0
)0(1
15 6
5QK KKC
)0(1)(1
15 6
515 6
5QK KKt tQK KK
)0( )(15 6 15 6 QK K tQK K
=
tK5
tKQK KtQK K
5
15 615 6
)0()(
tKeQK KtQK K
5
)0()(
15 615 6
tKeKKQKKtQ5
56
1
56
1 )0( )(
Revenind la notațiile anterioare:
Q1(t) –
2 / 11
(1
2 / 11
1 1)0(V K VQVQV K VVQ
WM WM
Exp.
tVK
VK
xDA WM WM
2/
1/2 1
Ecuația de mai sus poate deveni expresia concentrației C 1(t) dacă ambii
membrii se divid cu V 1 astfel încât vom avea:
C1(t) –
1 1 1)0(
VQC
VQ exp.
tVK
VK
xDA WM WM
2/
1/1 1
Unde:
2 / 11
1 2V K V VWW – expresia ce defineș te volum ul distribuției lui S calculat cu
referire la concentrația lui S în W 1
De asemenea expresia lui
1VQ reprezintă concentrația la echilibru a lui S în
W1, notată C 1 00 care este atinsă asimptotic când t
00
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
21/66
V+1 trebuie î nțeles ca volumul care ar conține o cantitate de substanță S egală cu Q la o
concentrație uniformă a lui C 1 00.
Fenomenul de osmoză constă în difuziunea lichidelor printr -o membrană (animală sau
vegetală) sau printr -un perete gros.
Chimistul olandez Van t Hoff a dat Legea osmozei:
“Presiunea osmotică exercitată de o soluție diluată și neelectrolitică, este egală cu
presiunea pe care ar exercita -o solvitul dacă la acea temperatură ar fi în stare gazoasă și ar
ocupa singur volumul soluției”.
Ecuația Van t Hof f arată că:
V =
RTm
unde: – presiunea osmotică a soluției
V – volumul soluției
m – masa solvitului
R – constanta generală a gazelor perfecte
T – temperatura absolută a soluției
Rezu ltă că presiunea osmotică este:
=
TRCTR
Vm
C – concentrația soluției
Din ecuație rezultă cele t rei legi ale presiunii osmotice
Pentru același solvit și la aceeași temperatură, presiunea osmotică este direct
proporțională cu concentrația soluției.
21
21
CC
Deoarece concentrații le sunt invers proporționale cu volumul de solvent în care se
dizolvă aceeași cantitate de solvit rezultă că:
21
12
VV
sau
.2 2 1 1 ct V V
Pentru același solvit, și aceeași concentrație, presiunea osmotică es te direct
proporțională cu temperatura soluției
T t t t 0 0 0 0 ) 15,273( )1( ) 1( în care:
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
22/66
– presiunea osmotică la temperatura t
C0 sau T
K
0 – presiunea osmoti că la 0 0C sau 273,15 ° K
– coeficientul de presiune al gazelor
T – temperatura în K (T=t
C0 +273,15) .
La soluții cu concentrații egale (dar solviți diferiți) și la aceeași temperatură,
presiunea osmotică este invers proporțională cu m asa molară a solvitului.
3.2. Principii de dializă artificială
Se disting trei tipuri de dializă:
a)dializa peritoneală
b)dializa intestinală
c)hemodializa
Hemodializa peritoneală este considerată un proces de difuziune la gradiente
joase de concentrație a unor substanțe de -o parte și de alta a membranei peritoneale.
Membrana peritoneală are un caracter pasiv.
Soluții hipertonice față de plasmă, introduse în cavitatea peritoneală măresc
transferul de uree prin membrană. Cu acest tip de aparate s -au obținu t unele rezultate
în insuficiența renală cronică. Are avantajul de a controla indicele de eliminare al
urinei, adică al clearance -ului.
Dializa intestinală realizată în 1946 (Dr. Leeciw și Kolff) are ca principiu
irigarea unor segmente intestinale care pot extrage o cantitate mare de uree, dar nu
prelungește mult timp viața bolnavilor cu insuficiență renal ă din cauza tulburărilor
hidroel ectrolitice pe care le provoacă.
Hemodializa se bazează pe fenomenul de osmoză la nivelul unor membrane
dializante care su nt membrane din celuloză regenerată (continui).
3.3. Calitatea în dializă detaliat clearance
Aprecierea eficienței procesului de dializă
În aprecierea eficienței unui proces de dializă natural sau artificial, se
utilizează așa numi tul “coeficient de clear ance”.
QCC Cq
if i
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
23/66
În care:
q – coeficient de clearance
Ci – concentrație inițială de reziduri în sânge
Cf – concentrație finală de reziduri în sânge
Q – debitul de sânge vehiculat.
Coeficientul q se apreciază separat pentru toate s ubstanțele complexului rezidual, iar
în final se determină coeficientul de clearance global q o.
Se prezintă în continuare o metodă analitică de determinare a coeficientului de
clearance pentru dializa artificială.
Se consideră o membrană plată de lungime X o și lățime Y o. cele două fețe ale
membranei sunt spălate de sânge respectiv de lichidul de dializă cele două fluide circulând în
contracurent.
Membrana permite transferul de inpurități din sânge în lichidul dializant, astfel încât
concentrația sângelui în tr-o anumită substanță scade de la valoarea C 1 (0) la C 1 (Xo), iar
concentrația lichidului de dializă crește de la C 2 (Xo) la C 2 (0).
Fie acum o secțiune prin dializor, la distanța x de secțiunea de intrare a sângelui. Fie
S1, S1 și S 2, S2 suprafețele d e trecere ale sângelui, respect iv a lichidului de dializă, la d istanța
elementară dx de o parte și de alta a secțiunii curente.
Procesul de transfer la nivelul membranei respectă legile lui Wan t Hoff, cât și legea
difuziei; cantitatea de substanță transf erată prin difuzie la nivelul membranei este
proporțională cu concentrațiile substanței pe suprafețele laterale ale membranei, cu suprafața
membranei și cu debitele recirculate.
Efectuând bilanțul transferului de substanță reziduală vehiculată într -un inte rval de
timp t prin volumul cuprins între secțiunile S 1 US 2 și S1 US2 rezultă:
– pentru compartimentul sânge:
V1S1t C1(x-dx) – V1S1t C1(x+dx)=2dxY 0pt(C 1(x)-C2(x)
– pentru compartimentul lichidului dializant:
V2S2t C2(x-dx) – V2S2t C2(x+dx) = 2 dx Y 0pt C1(x)-C2(x)
În cele două relații V 1 și V 2 sunt vitezele de circulație ale sângelui și ale lichidului
dializant, iar p este coeficientul de penetrabilitate.
Se consideră variația vitezei și a concentrației doar după axa x și S 1=S1= S 2=S2=S.
Notând:
C1(x-dx) = C 1(x) – d C 1(x)
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
24/66
C1(x+dx) = C 1(x) + d C 1(x)
C2 (x-dx) = C 2(x) – d C 2(x)
C2(x+dx) = C 2(x) + d C 2(x)
Rezultă cele două ecuații:
V1S C1(x) – d C 1(x) – V1SC1(x) + d C 1(x) – 2 dx Y 0 p C1(x) – C2(x) = 0
V2S C2(x) – d C 2(x) – V2SC2(x) + d C 2(x) – 2 dx Y 0 p C1(x) – C2(x) = 0
Q1 = V 1S
Q2 = V 2S
02 1 1
01xCxCxdCpYdxQ
02 1 2
02xCxCx dCpYdxQ
Notând apoi:
)()0()(
1
11xCCxC
)()0()(
2
22xCCxC
Coeficientul de penetrabilitate global P = p. X 0. Y0
0)( )( )(2 1 1
01
xCxCx dC
XdxpQ
0)( )( )(2 1 2
01
xCxCx dC
XdxpQ
Notăm:
xdXdx
0
);( )(1 1 xCxC
);( )(2 2 xCxC
iidpQ
; i = 1,2 .
0)( )()()(
2 11
1 xCxCxdx dCd
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
25/66
0)( )()()(
2 12
1 xCxCxdx dCd
Din ultimele două relații se obține pri n adunare și scădere ecuația diferențială a
transferului de substanță la nivelul membranei dializante (prin diferențiere de două ori)
0)() ()(1
1 2 212
21 xdx dCd d
xdxCddd
Avantajul acestei expresii este faptul că ea este scrisă în funcții și variabile relative,
deci sol uțiile ei au caracter generalizat, adimensional de forma:
2 1 1)( K eK xCx
121 2
1ddd d
2 12
11d eddK
1
2 11
2
e
d eddK
Cunoscând deci
)0(1C și
)(1xC se determină coeficientul de clearance fun cție de
valorile d 1 și d 2 concrete:
1
10 1 1
)0()( )0(QCxC C
, în care
10x
1
11 1
)0()1( )0(QCC Cq
Reprezentarea grafică este în fig. 3.4. și exprimă dependența coeficientului de
clearance cu d 1 și d 2 parametri f uncție de d 1.
Se concluzionează că schimbul de substanță la nivelul membranei crește cu mărimea
suprafeței de trecere și cu debitele celor 2 lichide astfel: la valori mici ale debitului de sânge,
q depinde aproape exclusiv de debitul de sânge și de suprafa ța de trecere, iar la debite mari,
depinde exclusiv de debitul lichidului dializant și de suprafața de trecere.
Concluziile permit stabilirea unui regim optim pentru dializă:
Debitele circulate sunt în mod obiș nuit:
– în circuitul de sânge: 100… 300 ml/mi n
– în circuitul de lichid de dializă: 200…800 ml/min
Cele mai utilizate mărimi pentru suprafața activă de filtrare se înscriu în limitele:
0,5…2,5 m2.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /DIALIZA
26/66
Fig. 3.4. Reprezentarea grafic ă a coeficientului “Clearance” [5]
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
27/66
CAPITOLUL 4. APARATUL DE DIALIZĂ
4.1. Rolul aparatului de dializă. Principii de funcționare
Aparatul de dializă este folosit pentru a suplini funcțiile rinichilor pe cale artificială.
Pentru a realiza o dializă eficientă din punct de vedere al procesului de epurare și lipsită de
riscuri nedorite pentru pacient aparatul de dializă trebuie să monitorizeze parametrii tehnici în
timpul dializei și să asigure vehicularea extracoprală a sângelui, prepararea și vehicularea
lichidului de dializă.
Pentru asigurarea funcționării bune a aparatu lui de dializă trebuie să se asigure
următoarele funcții:
– controlul parametrilor fluidelor vehiculate în timpul dializei;
– controlul și reglarea ultrafiltrării;
– supravegherea permanent a pacientului (prin controlul parametrilor dializei, declanșarea
alarmelor și blocarea imediată a procesului de dializă în cazul unor probleme);
– asigurarea dezinfecției, respectiv spălarea circuitelor după terminarea unei ședințe de dia liză.
4.2. Componentele aparatului de dializă
Aparatul de dializă se compune din ur mătoarele module funționale:
a). Modulul de comandă și control este situate, de regulă, în partea superioară a aparatului.
Cuprinde:
– module de vizualizare/control ai parametrilor dializei
– butoane de reglaj
– alarme vizuale
b). Modulul de epurare sang uină este situat în zona mediană.
Include următorele elemente:
– conectori la circuitul de lichid de dializă al dializorului
– suport pentru dializor
– pompă de sânge
– detectorul de aer cu clemă venoasă
– suporturi pentru montarea circuitului arterial și venos
– pompa de heparină
c). Modulul de alimentare (cu apă, concentrate, energie electrică) este situat în partea
inferioară a aparatului.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
28/66
Cuprinde următoarele elemente:
– conectori pentru concentrat și dezinfectat
– suport pentru bidoanele de concen trat/dezinfectant
– legătura la sursa de apă și la canalul de evacuare cât și la energia electrică, legături situate în
general în partea din spate al aparatului.
Fig. 4.1. Aparat de dializă [6]
Fig. 4.2. Circuitul hi draulic de principiu al aparatul ui de dializă cu cele două
circuite component e, cel sanguin și cel de lichid de dializă [7]
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
29/66
1-linie arterială; 2 -linie venoasă; 3 -cleme; 4 -manometru presiune arterial ă; 5-pompă
de sânge; 6 -degazare; 7 -dializor; 8 -detector de aer ; 9-manometru presiune venoa să; 10-
detector de sânge; 11 -debitmetru lichid de dializă; 12 -pompă ultrafiltrare; 13 -manometru
pentru măsurarea presiunii lichidului de dializă; 14 -valvă cu trei căi; 15 -pompă lichid de
dializă; 16 -măsurare conductivitate finală; 17 -termometru; 18 -măsurar e conductivitate ; 19-
termometru; 20 -sistem de încălzire; A -concentrat acid; B -concentrat bicaronat; P -pompe.
4.3. Tipuri de circuit de dializă
Indiferent de tipul de aparat de dializă analizat se pot identifica diferite părți
constitutive (circuite):
a). Circuite hidraulice de vehiculare
b). Parte electromecanică de acționare/control
c). Circuite electronice/informatice de comandă și monitorizare/control.
4.3.1. Circuitele hidraulice de vehiculare
Au rolul de a vehicula fluidele (apă, soluție concentrat ă, lichid de dializă, sânge) în
interiorul și exteriorul aparatului (circuitul sanguin) în vederea efectuării procesului de
dializă.
Aceste circuite sunt clasificate în două mari categorii:
– circuitul de sânge
– circuitul lichidu lui de dializă
4.3.1.1 . Circuitul de sânge
Este materializat printr -o tubulară de PVC plastifiat, fiind situat în exteriorul
aparatului de dializă. Circuitul de sânge are rolul de a vehicula sângele în afara organismului
cu un debit mediu de 250 ml/min cu scopul filtrării acest uia în dializor și de a reintroduce
sângele filtrat în organism.
Circuitul sanguin este împărțit în:
– circuitul arterial;
– cartușul filtrant;
– circuitul venos.
Circuitul arterial are rolul de a extrage sângele din organism și de al transporta către
dializor cu ajutorul pompei sanguine. Circuitul este compus din racord la dializor, filtre ,
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
30/66
cleme de blocare, orificii de prelevare sau de medicație, racordul la monitorul de
presiune în amonte de dializor, circuitul de heparină, zona de vehiculare, racordul la
monitorul de presiune arterială, racordul la canula arterială.
Cartușul filtrant are rolul de a epura sângele de substanțele toxice,
reperezentând principalul element în procesul de epurare sanguină.
Circuitul venos are rolul de a reintroduce sângele filtrat în organism. Este
compus din racor dul la canula venoasă respectiv la punga cu ser folosită în spălarea
circuitului extracorporal (circuit arterial+dializor+circuitul venos) , racord la monitorul
de presiune venoasă, camera cu volum constant cu filtru venos, orificii de prelevarea și
medicație, racordul la dializor. După ce se efectuează spălarea, punga cu ser se
îndepărtează și se realizează raco rdul la canula venoasă, puncția (arterial ă și venoasă)
și se începe dializa.
Prin concepția și construcția sa circuitul sanguin este protejat:
– prin monitorizarea permanentă a presiunii arteriale și a presiunii venoase contra variațiilor
de presiune;
– prin detectorul de sânge montat în circuitul lichidului de dializă contra riscului de pierderi de
sânge , cauzat de o eventuală ruptură a membranei din dializor;
– prin detectorul de aer montat pe linia venoasă care blochează circuitul venos (returul spre
pacient) și oprește pompa de sânge în caz de detecție de aer în circuit contra riscului de
embolie gazoa să.
Presiunea arterial ă prea mică, numită depresiune, indică obturarea circuitului
arterial (alarmă) și provoacă oprirea pompei de sânge. De asemenea, oprirea pompei
sanguine este declanșată și de presiunea venoasă prea mare.
Circuitul sanguin este un circ uit de tip închis, după epurare sângele este
reintrodus în organism.
4.3.1.2. Circuitul lichidului de dializă
Este poziționat în interiorul aparatului de dializă. Are rolul de a prepara
lichidul de dializă (prin diluție controlată a concentratului cu apă special pregătită
pentru acest scop ), de al transporta (cu un debit uz ual de 500 ml/min) spre și în
dializor, de a elimina lichidul de dializă “uzat” din circuit (evacuare la canal) și de a
asigura fluxul de lichid de dializă “proaspăt”.
Lichidul de di aliză este preparat în două faze:
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
31/66
1. Încălz irea și degazarea apei tratate;
2. Prepararea lichidului de dializă prin diluarea apei încălzite și degazate cu concentatul(ele)
de dializă.
În funcție de prescripția medicală se poate opta pentru una din cele pa tru metode
cunoscute:
– dializă cu acetat (concentrat tip A)
– dializă cu bicarbonat (concentrate lichid de tip B sau pulbere+concentrat tip A)
– biofiltrare fără acetat (concentrat fără acetat)
– hemodiafiltrare (concentrat tip A+concentrat tip B).
Fig. 4.3. Circuitul lichidului de dializă cu elementele de control asociate [8]
În aceste condiții, lichidul de dializă fiind preparat este supus unui control privind
conductivitatea, temperatura și pH -ul, după care este introdus în dializor.
Acestui circ uit îi revine un rol foarte important privind corectarea dezechilibrului
hidric al pacienților (eliminarea surplusului de apă) prin reglarea și con trolul transportului de
fluide prin membrană (ultrafiltrare).
Debitul de ultrafiltrare trebuie respectat rigu ros pentru a nu modifica, pe termen lung,
echilibrul hidric al pacienților, astfel se concluzionează că ultrafiltrarea trebuie controlată într –
un mod precis.
Controlul și reglarea debitului de ultrafiltrare poate fi realizat prin:
a). Controlul P.T.M. (con trolul indirect al QUF)
b). Controlul direct al QUF
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
32/66
4.3.2. Partea electromecanică de acționare/control
Include totalitatea sistemelor de acționare (pompe, electrovalve) și de control
(sonde de conductivitate, temperatură, pH, manometre, debitmetre) necesare
funcționării corespunzătoare circuitelor hidraulice.
4.3.3. Circuite electronice/informatice de comandă și monitorizare/control
Circuitele electronice și informatice din componeța aparatului de dializa au
drept scop automatizarea și controlul p rocesului de dializă.
În cele mai multe cazuri automatizarea se realizează cu ajutorul
echipamentelor electrice, electrotehnice și electronice, funcționarea cărora este
prezentată prin intermediul schemelor electrice și electronice. Schemele
electrice/ele ctronice ale aparatelor de hemodializă diferă în funcție de producător.
Fig. 4.4. Schema bloc al aparaturii pentru dializă [9]
1-sursă de alimentare; 2 -comenzi; 3 -bloc recoltare; 4 -bloc de prelucrare și decizie; 5 -bloc de
acționare; 6 -elemente de execuț ie; 7-bloc de protecți e și avertizare; 8 -bloc de afișare.
4.4. Soluții constructive ale principalelor componente ale aparatelor de dializă
În vederea suplinirii funcțiilor rinichilor pe cale artificială este necesară o
aparatură specializată numit aparat de dializă.
Pentru asigurarea unei dialize adecvate (eficientă din punct de vedere al
procesului de epurare și lipsită de riscuri /evenimente nedorite pentru pacient) aparatul
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /APARATUL DE DIALIZ Ă
33/66
de dializă trebuie să monitorizeze parametrii tehnici în timpul dializei și să asigure următorele
funcții:
– asigurarea vehiculării extracorporale a sângelui;
– prepararea și vehicularea lichidului de dializă.
Aparatul de dializă, pentru a asigura o funcționare sigură pentru pacient, trebuie să
dispună și de următoarele funcțiuni:
– supravegherea pemanentă a pacientului (prin controlul parametrilor dializei, declanșarea
alarmelor și blocarea imediată a procesului de dializă în cazul unor probleme);
– controlul parametrilor fluidelor vehiculate în timpul dializei;
– controlul și reglar ea ultrafiltrării;
– asigurarea dezinfecției, respectiv spălarea circuitelor după terminarea unei ședințe de dializă.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
34/66
CAPITOLUL 5. S ISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
5.1. Necesitatea vehiculării sângelui
Datorită faptului că prin îmbolnăvi rea multor organe din corpul uman,
capacitatea lor de funcționare scade uneori dispărând cu totul, a apărut necesitatea
folosirii aparatelor de circulație extracorporală, deci vehiculării de lichide, particular a
sângelui.
Inima -plămânul artificial este aș a cum arată însuși numele său, un aparat de
substituire atât a funcției contractice cardiac, cât și a funcției de hematoză a
plămânilor.
Rinichiul artificial a căpătat cu timpul o utilizare din ce în ce mai largă, în
insuficiențele renale simple sau compli cate.Ultrafiltrarea sângelui, realizată cu ajutorul
său permite nu numai înlăturarea corpurilor toxici a similați în sângele bolnavilor cu o
funcție renală neadecvată ci și eliminarea excesului de lichide din corp. Acest fapt
conferă metodei indicații mai v aste și anume: tratamentul insuficienței cardiac
congestive și al edemului pulmonar, tratamentul anumitor forme de hipertensiune și
tratamentul convulsiilor.
În pre zent s-a stabilit că dializa (depurarea) extravenala în a cincea zi de
oligurie , adică la e liminarea scăzută de urină, indif erent de cauză, are o utilitate
indiscutabilă cu excepția unor circumstanțe patologice foarte grave cum sunt marile
traumatisme sau complicațiile severe ale unor intervenții chirurgicale. Ori de câte ori
viața unui bolnav e ste în primejdie datorită unor cauze multiple (infecții, intoxicații,
hipertensiune, insuficiență cardiacă sau traumatisme) tratamentul corespunzător bolii
poate fi completat cu dializă extrare nală dacă uremia intră în simptomato logia bolii
respective. Ame liorarea stării clinice a unor asemenea bolnavi este impresionantă și
face posibilă evaluarea mai precisă a diferitelor componente ale bolii. Folosirea
rinichiului artificial nu este dificilă, dar beneficiul maxim al tratamentului medical
combinat cu diali za extrarenală poate fi obținut numai de bolnavii care fac apel la un
centru medical cu experiență în acest domeniu. Aproximativ o treime din bolnavii cu
uremie cronică pot fi menținuți într -o stare satisfăcătoare de echilibru dacă sunt supuși
dializei extrarenale în mod intensiv . Bolnavul uremic poate fi din punct de vedere
nervos, dezorientat, paranoid, semicomates sau comates. Edemul, în special edemul
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
35/66
pulmonar, hipertensiunea, insuficiența cardiacă, convulsiile, sunt destul de frecvente, iar
vărsăturile practic nu lipsesc niciodată.
Răspunsul obișnuit al bolnavului uremic după hemodializă constă în ameliorarea
surprinzătoare a activității sale senzoriale sau în revenirea din starea de coma, în vindecarea
hipertensiunii și a tulburărilor ocular pe care ea le implică, în remisiunea edemelor , în
dispariția văr săturilor, în scăderea concentrației ureei și a potasiului în sânge și în creșterea
volumului urinar la bolnavii cu insuficiență renală acută sau (scăzută) scăderea lui la cei cu
insuficiență renală cro nică.
Ficatul artificial este constituit dintr -o pompă care deservește un circuit extracorporal
simplu cu posibilități de montare “in situ ” a unui ficat natural heterolog.
Pancreasul artificial cuprinde , extracorporal în circuiutul sangvin, un analizator
automat de glucoză, al cărui dispozitiv de înregistrare a (contracepției) concentrației sale
reglează automat nivelul glucozei, după cum concentrația acestuia este crescută sau scăzută.
Uterul artificial, în mod obișnuit numit astfel, nu este decât o combi nație între un
oxigenator mic cu membrană, o pompă pentru sânge și un dispozitiv cu ajutorul căruia se
poate păstra constantă temperatura organismului. El se utilizează la menținerea în viață a
copiilor premature sau a acelora cu insuficiență pulmonară t emporară.
5.2. Condiții necesare de îndeplinit de către aceste sisteme
O schemă a circuitului biologic al aparatului de circulație extracorporală utilizat la
Clinica Chirurgicală Fundeni este prezentat schematic în figura 5.1 .
În legătură cu performanțel e oxigeneratoarelor aparatelor de circulație extracoporală
se menționează o serie de condiții care trebuie îndeplinite:
– capacitatea de oxigenare să fie variabilă: 0 -3000 ml sânge ;
– în limitele acestor debite, volumul de sânge din interior=constant ;
– să realizeze o depunere a sângelui de asemănătoare aceluia fiziologic;
– fluxul sangvin prin oxigenerator să aibă loc în așa fel încât să nu producă
traumatizarea elementelor figurate sangvine;
– materialul din care este confecționat oxigenatorul să fie inert din punct de vedere
biologic;
– cantitatea de sânge necesară pentru ump lere să fie cât se poate de mică , la nivelul la
care, totuși el oferă randamentul cel mai mare;
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
36/66
-să nu conțină părți mobile sau piese care în mod obligatoriu produc mișcări î n
timpul utilizării;
Fig. 5.1. Schemă a circuitului bio logic al aparatului de circulație extracorporală
– să nu conțină un debit de recirculare sangvină pentru a realiza oxigenarea
perfecta ( considerând 97% ÷ 100% saturația sângelui cu oxihemoglobina și 130 ÷ 240
mmHg presiunea parț ială a oxigenului la cap ătul arterial al oxigenatorului) ;
– să se monteze rapid, să fie ușor de manipulat pentru a putea fi pu s în fucțiune
în caz de urgență ;
– să fie sterilizat prin căldur ă după utilizare ;
– să se poată cu răța perfect fiecare parte constitutivă care vine în contact cu
sângele ;
– să mențină o temperatură constantă în interior sau să faciliteze schimburile
termice în funcție de indicațiile operatorii (hipotermic, reîncălzire) ;
– suprafața de oxigenerare și vo lumul de umplere să poată fi variate potri vit
necesităților de perfuzie ( grupe de vârstă, suprafață corporală, etc.) .
De asemenea pentru a fi eficace filtrele plasate pe linia arterial ă trebuie să
îndeplinească următoarele condiții:
a). Să fie cât mai scu rte pentru a necesita un volum de umplere redus și pentru ca de -a lungul
tubulaturii să nu se produc ă scăderi tensionale pronunțate;
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
37/66
b). Să nu prezinte modificări bruște de calibru, care produc turbulențe, traumatizează sângele
și reduce presiunea, crescân d rezistența;
c). Diametrul interior și grosimea peretelui tuburilor conectoare să fie adecvate d imensiunilor
organului perfuzat;
d). Racordările, conectoarele, robinetele să respecte diametrul interior al tubulaturii pentru a
nu-i modifica pre a mult conti nuitatea;
e). Materialul din care se confecționează tubulatura să fie neutru din punct de vedere chimic,
să se curețe și sterilizeze cu ușu rință, să fie rezistente și sup le și să aibă o suprafață interioară
perfect netedă care să nu reclame operația de sil iconare;
5.3. Tipuri de pompe utilizate
Pompele utilizate în instalațiile de suplinire trebuie să realizeze următoarele condiții:
– debit e variabile între 0÷8500 ml/min;
– să realizez e un debit pulsabil -peristaltic;
– traumatizarea elementelor figurative ale sângelui să fie cât mai redusă;
– părțile component e să fie inerte din punct de vedere biologic pentru a n u degrada
componentele sângelui;
– sterilizarea perfectă a lichidului vehiculat.
Din multitudinea de tipuri de pompe care se utilizează în circui tele hidraulice ale aparaturii
biomedicale menționăm:
a). Pompe cu sistolă și diastolă separate:
– pompă cu membrană și valve de admisie și ejecție;
– pompă cu acțiune asupra unei coloane mobile de sânge.
b). Pompe cu flux continuu:
– pompa peristaltică (r otativă) (Issekutz -De Ba key);
– pompa digital ă (signamotor ).
Pe baza datelor experimentale acumulate în ultimii ani, se poate spune că pompele
digitale sunt mai traumatizante pentru celulele sangvine (hematii și mai ales trombocite), în
cazul în care se u tilizează în circulația extracorporală a sângelui.
Ca și exemple de pompe utilizate amintim:
A). Pompe cu membrane (simple și duble)
Ele se execută în două variante (fig. 5.2. )
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
38/66
Fig. 5.2. Pompe cu membrane (simple și duble)
a). Cu circuit simplu cu acți une pneumatică
Acționarea pistonului se realizează creând în camera pistonului depresiuni și
suprapresiuni prin deplasarea axială si ventricul ul se aspiră, se refulează cantități
discrete de sânge.
b). Cu circuit dublu
În acest caz camera pistonului este r acordată la circuitul care apare similar cu
ventricolul; sistemul de acționare a pistonului se asigură prin alt procedeu.
B). Pompe cu motor pendular
Motorul pendular este legat de corpul pompei (confecționat din material plastic
flexibil sau cauciuc și mo difică succesiv volumul ventriculelor creând suprapresiuni și
depresiuni necesare circulației).
Se creează posibilitatea vehiculării pe două circuite, unidimensional, datorită plasăr ii
pe aspirație, respectiv reglare a unor supape.
Fig. 5.3. Pompe cu motor pendular
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
39/66
5.4. Pompe peristaltice
Majoritatea aparatelor utilizate astăzi în clinici sunt prevăzute cu 2÷4 pompe rotative
de tip Issekutz -De Ba key, reglabile așa încât pot fi făcute parțial sau total ocluzive.
Majoritatea pompelor rotative au două r ole mobile acționând pe 200° și la un diametru
de 17,18 cm și pot funcționa cu 80 -95 rot/min. Ele realizează într-un tub comprimabil un debit
sangvin semipulsabil reglabil cu ajutorul dispozitivului de ocluzionare al pompei la orice
nivel între 0 și 8500 m l/min.
În tabelul 5.1 sunt redate debitele realizate de o pompă rotativă montată ocluziv, care
funcționează cu turații variabile și tubulară de diametru diferit. Aceste pompe îndeplinesc în
cea mai mare măsură dezideratele majore pe care le implică folosi rea lor în circuite biologice
și anume:
Tabel 5.1.
Diametrul interior al
tubulaturii(exprimat
în țoli) Viteza de rotație a pompei
20 t/min 60 t/min 80 t/min
1/4
5/16
3/8
1/2
5/8
3/4 195
520
625
1200
2100
2400 540
1480
1900
4400
4800
7500
4700
5600
8500
1). Pot pr oduce un debit variabil cuprins între 0 și 8500 ml/min;
2). Realizează un flux pulsație, controlabil și reglabil prin dispositive auxiliare automate;
3). Nu prezintă modificări bruște de calibru, valve sau zo ne de retenție;
4). Părțile lor a flate în contact cu sângele pot fi construite din materiale incerte din punct de
vedere biologic, rezistente, sterilizabile prin căldură ușor d e manipulat și ieftine (fapt esenț ial
pentru a nu fi utilizate de mai multe ori );
5). Pot fi cuplate cu sisteme d e sincronizare a funcției lor cu impulsuri electrice anterioare
pentru realizarea circulției sangvine asistate.
Pompe peristaltice rotative pot fi cu:
1- viteză unghiulară constantă ;
2- viteză unghiulară variabilă.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
40/66
Modificarea debitului se efectuează la c ele cu viteză unghiulară constantă prin
modific area poziției radiale a rolelor. Modificarea poziției (radiale) rolelor poate fi
cuplată și cu modificarea turației pentru obținerea unei game mai largi de debite.
Fig. 5.4. Pompa peristaltică cu doua role
Prin creșterea numărului de role, pulsațiile de debit se micșorează știut fiindcă
pompele peristaltice pompează în circuite cantități discrete de lichid (sânge).
Debitul pompelor este dat de formula:
Q=
;
Unde: v- volumul de sânge ;
t- timpul .
Volumul de sânge v= π ∙r2∙p∙R- pentru cazul cu 3 role
Timpul este dat de relația : t=
=
=
Q=
=
Unde: R – raza de infășurare
S- spațiu
v- viteza periferică
unghiul format de două role
r- raza tubului
h- turația
Când se modifică poziția rolei(se modifică si Q ) și obținem variante constructive .
1- conductă
2- contrapiesă
3- rotor
4- role
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
41/66
Fig. 5.5. Pompa peristaltică cu poziția rolelor reglabilă
În situația în care pompa a re 3 sau mai multe role, schema cinematică de poziționare a
rolelor rotarului este ca în figura 5.6.:
Fig. 5.6. S chema cinematică de poziționare a rolelor roto rului
Aceste transmisii mecanice sunt în număr de câte role are grupa. Întreg acest an samblu
este montat pe discul de antenare a pompei.
=30%
Ele nu obtruează în totalitate traiectul conductei, de aceea o parte din lichid se
recirculă.
Există variante de grupe peristalice la car e le lipseș te carcasa pe care se ampl asează
traiectul conductei. Asemenea variante pos edă 3 sau mai multe role pe roto r.
1- Contrapiesă
2- Conductă
3- Disc de antrenare
4- Rolă de p oziționare
5- Piesă de ghidare
6- Role
1- rola
2- piesă de ghidare
3,3’- roti conice
4,4’- roti cilindrice
5- buton de reglare
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI
42/66
Fig.5.7. Schema de tasare a tubului Fig.5.8. Pompa peristaltică cu 3 role
Avantajele pompelor peristaltice :
-posibilitatea de reglare a debitului în limite foarte largi;
-traumatizarea redusă a elementelor figurative ale sângelu i;
-sterilizarea totală (partea activă a pompei, roto rul,nu vine în contact direct cu lichidul
vehiculat ).
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /VARIANTE DE POMPE
43/66
CAPITOLUL 6. VARIANTE DE POMPE
6.1.Varianta cu role fă ră contrapiesă
Pentrul cazul acestei variante avem următoarea schema:
Fig. 6.1.Variante cu role fără contrapiesă
Rolul celor 3 role este preluat de cele 3 prezoane fixate de roto r prin filet, iar în partea
opusă fixate într -un capac cu ajutorul unei piu lițe.
Roto rul este fixat de arborele de antrenare, care vine de la reductor , cu ajutorul un ei
piulițe. Prin lipsa contrapiesei tubul elastic înfăș oară pre zoanele , el fiind gh idat de 2 corpuri,
corpuri ce sunt fixate de pompă prin 2 șuruburi. Pentru a împie dica deplasarea tubului odată
cu deplasarea lichidului din interiorul său , se folosesc 2 inele din cauciuc, care sunt deformat e
de 2 bucșe din oțel realizându -se astfel un coeficient de frecare suficient de mare între inele și
tub.
Prin pune rea în mișcare de rotație a roto rului, prezoanele așezate la fiecare vor
apăsa asupra tubului,deformându -l și în circuit vor fi împinse cantități discrete de lichid.
Cum poziția prezoanelor este fină, modificarea debitului se f ace numai prin
modificarea turației, respectiv a vitezei unghiulare a roto rului.
Soluția prezintă avantajul că este ușor de realizat, mai ieftină datorită lipsei rolelor,
însă poziția pre zoanelor fiind fixă nu se pot obține game atât de largi de debite.
Debitul variază î ntre limitele: 0,63 2,02 /min.
Presiunea variază între limitele: 150 300 mm hg .
Piesele sunt executate din aliaj dur de aluminiu , din cauză că motorul are putere mica.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /VARIANTE DE POMPE
44/66
6.2.Varianta cu două role cu poziție reglabilă
Această variant de rotar are la bază următoarea schem a:
Fig. 6.2.Varianta cu două role cu poziție reglabilă
În roto r este practicat un canal în formă de coadă de rândunică pe care
ghidează două corpuri. Miscarea de translaț ie a corpu rilor se face cu ajutorul unui
șurub conduc ător filetat dreapta -stânga , rotirea șurubului se face de la o rolă.
Pe corpuri le de ghidare sunt amplasate 2 ș tifturi prin înșurubare, rolele din
cauciuc, care calcă pe tubul din p lastic, fiind fixate pe aceste ș tifturi.
Pentru a împiedica ieșirea rolelor de pe ș tifturi se folosesc două inele elastic e.
Prindere a șurubului de antrenare pe roto r se face cu ajutorul a două lagăre
axiale cu frecare uscată.
Prinderea roto rului de șurubul de antrenare al pompei se face cu ajutorul unei
piulițe.
Împiedicarea deplasării tubului odată cu lich idul din interiorul său se face cu
două inele din cauciuc care sunt deformate de două bucșe din oțel realizându -se un
coeficient de frecare suf icient de mare.
Modificarea debitului se face modificând turația fie prin modificarea distanței
dintre role prin deplasarea corpurilor de ghidare.
Se obține o rază maxima =35 mm și o rază minima = 29 mm, raza
măsurată din centrul rotorului și până la axa de simetrie a tubului.
Debitul variază între limitele:
=0,631 /min;
=2,026 /min.
Presiunea variază între limitele: 150÷300 mmHg.
1- Contrapiesă
2- Conductă
3- Disc de antrenare
4- Rolă de poziționare
5- Piesă de ghidare
6- Role
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /VARIANTE DE POMPE
45/66
Avantajul soluției constă în obținerea unei game larg i de debite relativ ușor, prin
modificarea distanței dintre role, însă are prețul de cost ridicat, datorită multitudinii de piese
necesare, p iese care comportă o execuție pretențioasă.
Realizarea practică a acestei metode este prezentată în cele ce urmează. Piesele se
execută din aliaj de Al deoarece puterea motorului este mica (250 W).
6.3. Varianta cu trei role cu poziție reglabilă
Schema ac estei variante este următoarea:
Fig. 6.3. Varianta cu trei role cu poziție reglabilă
Soluția utilizează 3 role cu distanță variabilă între acestea.
Rolele sunt fix ate pe câte un braț cu ajutorul unui bolț, bolțul fixându -se cu ajutorul unui inel
elasti c.
Celălalt capăt al brațului se fixează de rotor tot cu ajutorul unui bolț care se
înșurubează în acesta. Ieșirea brațului de pe bolț este împiedicată tot cu inele elastice.
Brațul se poate roti în jurul bolțului, rotire împiedicată de un arc elicoidal f ixat de un bolț
înșurubat în rotor.
Brațul portrolă se sprijină pe o camă, iar modificarea poziției camei duce la
modificarea distanței dintre role. Cama se centrează pe o piuliță înșurubată pe șurubul de
antrenare a rotorului.
Rotirea ei este împiedicat ă de un șurub fixat în piuliță.
Pentru a modifica distanța dintre role se scoate șurubul, se rotește cama cu unghiul dorit,
șurubul se strange la loc.
1- conduct
2- rotor
3- bolt
4- camă
5- șurub fixare camă
6- braț portrolă
7- arc
8- rolă
9- contrapiesă
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /VARIANTE DE POMPE
46/66
Rolele calcă pe un tub din plastic, deplasarea lui odată cu lichidul este împiedicată de
un inel din cau ciuc deformat de o bucșă din oțel, realizându -se un coeficient de frecare destul
de mare între inel și tub.
Prin modificarea distanței între role debitul variază și se obține:
= 0,82 /min;
= 2,83 /min.
Presiunea variază între li mitele (150÷300) mmHg.
Avantajul soluției constă în posibilitatea de modificare a debitului în limite
largi însă comportă multe piese cu execuție petențioasă, cu dimensiuni destul de mici,
de unde rezultă și costul ridicat al acestei variante.
Motorul de antrenare a reductorului având o putere mica (250 W) se necesită folosirea
unui aliaj ușor, pentru piese dec i se folosește aliaj dur de Al.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
47/66
CAPITOLUL 7. BREVIAR DE CALCUL
7.1. Calcule hidraulice
A. Variantă cu 3 role cu poziție reglabilă
Debitul:
Q=
Unde: V- volumul de lichid
t- timpul
V= π ∙ ∙β∙R
Unde: r- raza conductei și r=2,5 mm
Β- unghiul format între role
R- raza de înfășurare
Timpul:
t=
unde: s – spatial
v- viteza.
t=
=
=
, β=120°; n – turația motorului.
Deci:
Q =
=
;
Q=
.
Turația motorului care antrenează pompa este cuprinsă între valorile: n (24÷ 77)
rot/min, iar viteza ungiulară (2,51÷8,06) rad/s.
Debitul variază în funcție de turația motorului și în funcție de distanța dintre role; deci
de raza de înfășurare.
Considerând un și un , ne rezultă un debit maxim .
= 28 mm și = 77 rot/min
=
= 2837,182 /min= 2,837 /min.
Și pentru: = 26 mm
= 24 rot/min
=
= 821,151 /min= 0,8211 /min.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
48/66
Pompa peristaltică transportă sânge spre pacient. Se consideră un traseu de la
pompă la pacient drept de lungime de 2 m și se impune calculul pierderilor liniare de
sarcină pe acest traseu.
La pacient sângele este introdus printr -un ac, deci avem o îngustare de
secțiune, impunându -se astfel calculul unei pierderi locale de sec țiune.
Înainte de pompă avem o presiune = 300 mmHg, iar după pompă o presiune
= 150 mmHg (torr).
1 torr = 133,32 N/
1 mmHg = 9,81 N/ .
Pentru calculul pierderilor se consideră următorul traseu:
Fig. 7.1. Schema de calcul a pierderilor liniare de presiune
Scriind egalitatea vitezelor între 1 -2 se obține:
– = g∙( )+ ρ∙g∙h∙
Unde: h∙ reprezintă pierderile liniare între secțiunile 1÷2
Cum
h∙ =
=
=1,928 cm.
Pierderile liniare de sarcină sunt aceleași pentru toate cele 3 variante.
Pierderile locale de sarcini apar datorită îngustării secțiunii prin care curge
sângele de la diametrul de 4 mm, la diametrul acului de 2 mm.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
49/66
Schema de calcul:
Fig. 7.2. Schema de calcul a pierderilor de presiune la modificarea secț iunii
Pierderea locală de sarcină este:
= ∙
Unde: v-viteza medie considerată î n aval de obstacole
– coeficient adimensional de pierdere de sarcină.
= 0,281;
→ v= ∙ =
∙27=
∙27=217,71 mm/s=0,217 m/s.
De aici rezultă:
=0,281 ∙∙
=6,744∙ m.
B. Varianta cu 2 role cu poziție reglabilă
Debitul:
Q=
Unde: V – volumul de lichid
t- timpul
V= π∙ ∙ ∙R, =
Unde: r – raza conductei și r=2,5 mm
Timpul:
t=
unde: s – spațiu
v- viteza.
t=
=
=
; n- turația motorului.
𝑉 𝐴
𝑉 𝐴
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
50/66
Deci:
Q =
=
Pentr u:
= 29 mm și = 24 rot/min→
=
= 915,89 /min = 0,915 /min
= 0,915 /min.
Pierderea locală de sarcină este în acest caz:
= ∙
unde: = 0,5∙(1 –
= 0,5∙(1 –
= 0,281
=0,281∙
V= ∙ =
∙ =
∙32=258,029 mm/s
V=0,258 m/s.
=0,281∙
=9,53∙ m
=9,53∙ m.
C. Varianta cu role, fără contrapiesă
Debitul:
În acest caz, pozițiile prezoanelor fiind fixe ele neputându -se deplasa, debitul
Q se va modifica numai prin modificarea turației:
Q=
V= π∙ ∙β∙R, β= ;
t=
=
=
=
Q =
=
Pentru:
R= 20 mm și = 24 rot/min→
=
= 631,654 /min=0,63165 /min
=0,63165 /min.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
51/66
Pentru:
R= 20 mm și = 77 rot/min→
=
= 2024,504 /min=2,02 45 /min
=2,024 5 /min.
Calculul pierderilor locale de sarcină este:
= ∙
Unde: == 0,5∙(1 –
V= ∙R=
∙R=
∙20=146,533 mm/sec=0,1 46 m/s
= = =50,24 .
r- raza tubului
= = =12,56 .
– raza secțiunii acului
== 0,5∙(1 –
=0,281
= ∙
=0,281 ∙∙
=3,71∙ m.
7.2. Calcule funcționale
Pentru calculul forței cu care sângele a cționează asupra rolelor se scrie pe traseul de 2
m legea energiilor între secțiunile 1 -2:
+
+
= +
+
+
Unde: =
=
-pierderi locale și liniare
= – =diferența de presiune
=
= → = .
Cum pierderile locale sunt foarte mici în comparație cu cele liniare, acestea se pot
neglija rezultând aceiași diferență de presiune pentru toate cele 3 variante de rotori.
= ∙ =1057∙9,81∙1,928=19991,76 N/ =149,95 mmHg.
Forța cu care sângele acționează asupra tubului respective, tubul asupra rolei este:
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
52/66
= ∙S
Unde: S – suprafața secțiunii 1, respective 2.
r- raza tubului.
S=
S= = ∙4=12,566 = 12,566∙
= ∙S=19991,76∙12,566∙ =0,251 N.
Se consideră că rola care interacționează cu tubul formează o cuplă cinematică
superioară producând deformarea tubului.
În cazul din figură forța N, apa să cilindrul 2 pe planul 1. Din cauza elasticității
materialului cele două elemente se vor deforma iar contactul dintre cele două elemente
se va face după o suprafață dreptunghi ulară.
Fig. 7.3.Contactul rolă -tub
În timpul rostogolirii în fața rolei se v a forma o ridicătură în jurul căreia el va executa
o rotație instantanee.
Punctul A, se poate considera CIR al rolei față de tub.
Reacțiunea =N va acționa în punctu l A, la distanța R , față de N. Pentru
echilibrare, momentul de răsturnare, dat de for ța motoare F, trebuie să fie egal cu
momentul rezistent adică:
F∙r=N∙K, de unde: F=N∙
Distanța K se numește coeficient de frecare la rostogolire.
N=0,251 N și este aceiași pentru toate cele 3 variante.
A. Varianta cu două role, cu poziție reglabilă
K= 6mm
r= 11mm F= 0,251∙
=0,1369 N
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
53/66
Momentul de torsiune la rotor este dat de rezultanta dintre forța F, calculată anterior și
forța de frecare care apare în cupla inferioară dat ă de bolț și rolă.
Forța =µ∙N unde N – forța dată de tub.
Cupla inferioară apare doar la două din cele 3 variante discutate. Forțel e sunt
poziționate ca în figura 7.4 .
=µ∙N=0,16∙0,251=0,0401 N
µ=0,16
Fig. 7.4. Calculul momentului de torsiune la rotor
Forța F dată de cupla superioară și dată de cupla inf erioară vor da rezultanta R, care
înmulțită cu distanța ne va da momentul de torsiune .
Fig. 7.5. Calculul rezultantei
R=√
=R∙
=97.500∙
[daN∙cm].
Unde: P- puterea motorului
n- turația motorului
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
54/66
Rezultă verificarea motorului, adică puterea:
P=
R= √ =√ =√ =0,1426 N
R=0,1426 N
=R∙ =0,1426∙42=5,9892 N∙mm
P=
=
=4,729 ∙ KW= 4,729∙ W
P=4,729∙ W 250 W
În cazul variantei cu 2 role, cu poziție reglabilă se pune problema calculului
forțe i necesare a roti piulița randalinată, respectiv șurubul conducător și rolele.
Se consideră sistemul ca o grindă rezema tă în cele două lagăre:
Fig. 7.6. Schema de calcul a încărcă rilor
Unde: – forța căutată
M – momentul de frecare în lagăr
N- forța data de tub
– forța de frecare din filet, tangent acestuia
Forța dă un moment de torsiune ;
= ∙r;
r- raza piuliței
Forța de asemenea dă un moment de frecare
= ∙ ;
– raza șurubului conducător.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
55/66
Forța N – nu dă moment de torsiune.
Deci:
Mt=2∙( )
Forța tangentă la spirele filetului este:
=µ∙
µ=0,3
Unde: – forța perpendiculară pe spirele filetului
=N∙
Cu: N – forța din tub
– unghiul de înclinare alfiletului
=
=0,251∙ = 0,2506 N
Deci:
=µ∙ = 0,3∙ 0,2506=0,07518 N
Rezultă:
= ∙ = 0,07518∙2,5=0,187 95 N∙mm
Pentru calculul momentului de frecare , se consideră lagărul cu joc ca în fig .7.7.
Fig. 7.7. Momentul de torsiune
Momentul de torsiune va fi egal cu momentul de fr ecare :
=
Unde: = F∙r= µ∙N∙r= µ∙P∙r∙
Deoarece µ= , rezultă că: = P∙r∙ .
Întrucât unghiul de frecare este mic se poate considera că = µ și prin urmare:
= µ∙P∙r
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
56/66
Unde: µ=0,3; r= 3 mm; P=0,1 426 N – rezultanta care acționează în bolțul rolei.
=0,3∙0,1426∙3=0,12834 N∙mm.
Momentul de torsiune la rola randalinată va fi:
=2∙(0,12834+0,18795)=0,63258 N∙mm.
= F∙ , unde: – raza rolei randalinate
F=
=
=0,1265 N
F=0,1265 N.
Calculele au fost făcute, pe baza desenului din figura de mai jos:
Fig. 7.8.Distribuția forț elor la variant a cu două role
B. Varianta cu 3 role, cu poziție reglabilă
= ∙N=0,0753 N;
Unde: =0,3.
Calculul forței rezultante care prod uce, momentul se face în modul următor: (fig. 7.9.)
R=√ = √ = √ = 0,2620 N
= R∙ = 0,2620∙40=10,48 N∙mm.
Puterea:
P=
=8,276∙ KW=8,276∙ W.
P=8,276∙ W 250 W
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
57/66
Fig. 7.9. Distribuția forț elor la variant a cu trei role
Forța de strivire care acționează asupra camei rezultă din următorul calcul:
=
=
∙(1+6∙
)=
∙(1+6∙
)
= 2,5 N/
De aici rezultă: =11 N.
Unde: a=1 mm
b=4,6 mm
Fig. 7.11. Distribuția forțelor la varianta cu trei role cu poziție fixă
dimensiunea suprafeței de contact
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
58/66
7.3. Calcule de verificare și de rezistență
A. Varianta cu 2 role, cu poziție reglabilă
1. Dimensionarea șurubului conducător.
Determinarea diametrului șurubului rezultă ținând cont de solicitarea suplimentară de răsucire
care apare la montaj.
=
sau 1,29∙√
Unde:
– forța dată de tub
– 6÷10 daN/
=0,251 N
=4,8÷8 daN/ .
=1,29∙√
= 1,29∙√
=1,29∙√
=0,07225 mm.
Se alege =4,75 mm – diametrul interior al filetului.
Se veri fică condiția de autofrânare
=
=
=0,067
Cu p – pasul filetului
Se determină numărul necesar de spire.
Z=
Unde:
– presiunea admisibilă între spirele șurubului și piuliței.
d- diametrul exterior al filetului
=70÷130 daN/
Z=
Z=0,013 10 se alege Z=5.
2. Verificarea fusurilor la role
Se consideră fusul pe care este introdusă rola ca o grindă încastrată la un capăt și liberă la
celălalt.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
59/66
Fig. 7.12. Încărcarea fusului rolei
Asupra fusului acționează rezultanta R calculată la cap. 7.2. și R=0,1426 N
L= 15mm – lungimea bolțului.
Se consideră bolțul solicitat la încovoiere.
Momentulul încovoietor este:
=R∙L=0,1426∙15=2,139N∙mm.
=
=
=
d=√
=√
=0,71 mm.
Se allege d=3mm; =6÷10 daN/ .
3. Verificarea tijei filetului la torsiune
Momentul de torsiune la care este solicitată tija este:
=0,63 N∙mm =
=4,8÷8 daN/
=
=0,012 6.
=
Unde: d -diametrul tijei.
Rezultă:
d=√
=√
=0,504 mm.
Se allege d= 5mm.
B. Varianta fără role, fără contrapiesă
Se consideră prezonul solicitat la încovoiere și =R∙ .
Unde: R – rezul tanta dată de forța din tub și forța de frecare =25 mm.
R=√ =√ =0,262 N.
=0,262∙25=6,5 N∙mm.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
60/66
=
=
, cu – diametrul prezonului;
=√
=√
=1,03 mm.
Se alege =5 mm.
C. Varianta cu 3 role cu poziție reglabilă
În cazul acestei variante se impune dimensionarea arcului care împiedică rotirea liberă a
brațului portrolă în jurul articulației acestuia.
Pentru a afla forța care solicit ă arcul se consideră varianța vitezei unghiulare, , a rotorului în
funcție de timp.
De pe graf ic se determină accelerația unghiulară, :
Fig. 7.13. Graficul accelerației unghiulare
=
=
=1,3 rad/s.
=1,3 rad/s.
Se consideră tija portrolă și rola ca și cilindru și nu paralelipiped dreptunghic având
fiecare un moment de inerție mec anic respectiv și centrele de greutate în .
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
61/66
Fig. 7.14.Distribuția forț elor pentru dimensionarea arcului
Centrul de greutate al t ijei va fi în O iar:
=
= ∙
Unde:
– densitatea materialului (ATSi6Cu3)
– volumul primului cilindru.
=2,7∙ ∙ ∙
∙8=16,96∙ Kg.
=2,7∙ ∙ ∙4∙7∙24=1,81 4∙ Kg.
=12mm;
=29mm.
=
=
=20,78 mm.
=20,78 mm.
Momente de inerție mecanice , , ale rolei respective tijei portrolă vor fi:
=
∙ ∙(3∙ )
=
∙ ∙( )
Unde: r- raza rolei
h- înălțimea rolei
c- înălțime
a- latură
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
62/66
Deci: =
∙16,96∙ ∙(3∙ )=0,01964 .
=
∙1,814∙ ∙(2∙ )=0,007256 .
Momentul de inerție al sistemului în punctul se află aplicând teorema lui Stein er:
= +M∙
Sau
= + M∙
Deci:
=0,01964+(16,96∙ ) ∙ =0,01964+3,51 ∙841=2,971 kg
În momentul de față apare un moment cinetic:
= ∙ =2,971
Acest moment cinetic trebuie echilibrat de momentul produs de forța din arc.
Prin urmare avem egalitatea:
= ∙b,
Unde:
– forța din arc
b- brațul forței
Rezultă:
=
=
=0,22 N
=0,22 N.
Considerăm arcul elicoid al confecționat din oțel de arc.
Arc 9STAS 795 -77 având:
=680 , G=85∙ , =0,22 N, i=
=8.
Forța produce o săgeată a arcului =0,5mm.
Dimensionarea sârme i arcului conform STAS 7067 -76 se face pentru o săgeată
f=3mm; rezultă deci egalitatea de rapoarte dintre săgeți și forțe că forța F
corespunzătoare săgeții va fi:
=
, se deduce:
F= ∙
=0,22∙
=1,32 N.
Diametrul sârme i va fi:
d=√
=√
=0,22mm.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BREVIAR DE CALCUL
63/66
se alege d=0,5mm .
Unde:
K=1+
=1+
=1,24 mm.
Numărul de spire echivalent este:
n=
=
=23,58 n=24 spire, unde D=i∙d=8∙0, 5=4mm.
Numărul total de spire
=n+1= 24+1= 25 spire
Lucrul mec anic de deformație, înmagazinat în arc la f=3mm va fi:
L=
∙F∙f=
∙1,32∙3=1,98 N∙mm.
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /CONCLUZII
64/66
Concluzii
Orice funcție a organismului poate fi suplinită cu ajutorul aparaturii medicale.
În lucrarea de față se prezintă cum funcțiile rinichiului pot fi suplinite cu
ajutorul aparatului de dializă.
Se poate constata că rinichiul este un organ vital al organismului, având în
principal rolul de a epura organismul (sângele) de substanțele reziduale ( creatinină,
uree, acid uric) și de a ține sub control în permanență concentrația electroliților în
sânge și a conținutului de apă al acestuia.
Suplinirea funcțiilor afectate sau pierdute ale rinichilor se poate realiza prin
efectuarea unui transplant renal . Această intervenție asigură o recuperare totală și un
standard de viață corespunzător pentru pacienți.
Aparatul de dializă este folosit pentru a suplini funcțiile rinichilor pe cale
artificială.
Pentru a realiza o dializă eficientă din punct de vedere al procesului de epurare
și lipsită de riscuri nedorite pentru pacient aparatul de dializă trebuie să monitorizeze
parametrii tehnici în timpul dializei și să asigure vehicularea extraco rporală a sângelui,
prepararea și vehicularea lichidului de dializă.
Rinichiul artificial a căpătat cu timpul o utilizare din ce în ce mai largă, în
insuficiențele renale simple sau complicate.
Pompele peristaltice sunt utilizate în mod obișnuit pentru vehicularea
diferitelor tipuri de lichide in aplicații industriale vari ate. Acest tip de pompă este
foarte convenabil pentru că nu vine în contact direct cu fluidele vehiculate.
Pompa peristaltică are un rol vital pentru transportul sângelui în circuitul
extracorporal.
Se poate concluziona că odată cu evoluția civilizației um ane a prins contur și
preocuparea de a înțelege fun cționarea organismului viu și de dezvoltare a aparatelor
biomedicale. În momentul de față sunt o serie de domenii în care aparatura
biomedicală are un rol specific , iar noile tehnici asigură o siguranță și exactitate
sporită în terapia și diagnoza medicală.
SISTEM E DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /BIBLIOGRAFIE
65/66
Bibliografie
A. Cărți
1. Ianoși, E., Aparate pentru dializă. Elemente constructive și metode de măsurare specifice ,
Ed. Politehnica, Timișoara, 2003. [8], [9]
2. Văcărescu, V., Ianoși, E., Aparate pentru dializă. Aspcte tehnice și de calitate , Ed.
Orizonturi Universitare, Timișoara, 2002. [7]
3. Văcărescu, I. N., Văcărescu, V., Lovasz, E. -C., Mateaș, M., Aparatură Biomedicală –
Terapie intensivă. Explorări funcționale. Instrumentar stomatologic ., Ed. Mirton, Timișoara,
2001.
4. Văcărescu, I.N., Văcărescu, V., V., Lovasz, E. -C., Mateaș, M., Aparate Biomedicale , Ed.
Orizonturi Universitare, Timișoara, 2001.
5. Gligor, O., Elemente constructive de mecanică fină , vol. I și II, Lito ITP, 1985 [5]
6. Ianoși , E., Cercetări privind asigurarea calității în procesul de dializă -Raport de cercetare ,
Timișoara, 2005.
7. Ifrim, M., Atlas de anatomie umană, volumul II , ESE, București, 1984 , [1]
8. Cârmaciu, R., Anatomia și fiziologia omului , Editura E.D.P.
9. Vlase – Bellco 714 – Tehnical Handbook
10. Vlase – Centry 2 – Tehnical Handbook
11. Vlase – Hospal – Tehnical Handbook .
B. Site -uri Internet
http://www.sciencedirect.com
https://www.dialysistech.net , [2], [3], [4]
https://www.fresenius.de , [6].
SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI /ANEXĂ
66/66
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: SISTEME DE VEHICULARE EXTRACORPORALĂ A SÂNGELUI REZUMAT [602399] (ID: 602399)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.