ITMI20070913A1

ITMI20070913A1 - Metodo di trattamento del sangue atto ad eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica e relativo dispositivo.

Info

Publication number: ITMI20070913A1
Application number: IT000913A
Authority: IT
Inventors: Antonio Pesenti
Original assignee: Antonio Pesenti
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-08
Also published as: WO2008135282A2; ATE518554T1; EP2150291B1; WO2008135282A3; US20140219867A1; US9795730B2; US8734375B2; EP2150291A2; US20100198132A1

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: "Metodo di trattamento del sangue atto ad eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica e relativo dispositivo"

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione fa riferimento ad un metodo di trattamento del sangue atto ad eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica.

L'invenzione fa altresì riferimento ad un dispositivo di trattamento del sangue.

Arte nota

Come è ben noto, i polmoni sono organi molto elastici, situati nella cavità toracica, capaci di espandersi e contrarsi per immettere ed espellere uria. In particolare, ogni polmone è formato da alveoli detti anche celle respiratorie poiché in esse avviene lo scambio gassoso tra il sangue e aria respirata, la relativa superficie essendo vascolarizzata da numerosissimi capillari provenienti dall’arteria polmonare.

L’aria che si respira, attraverso le vie respiratorie, arriva quindi agli alveoli polmonari e qui l’ossigeno (O2) passa per diffusione nei capillari e, legatosi all’emoglobina, tramite l’apparato circolatorio, arriva a tutti i tessuti del corpo, mentre uno dei prodotti finali delle reazioni chimiche che avvengono nei tessuti, vale a dire l’anidride carbonica (CO2), viene raccolta dal sangue in circolo e trasportata fino ai capillari polmonari dove diffonde negli alveoli venendo poi espulsa durante l’espirazione, sempre attraverso le vie respiratorie.

Il metabolismo corporeo, in sostanza, consuma ossigeno e produce anidride carbonica. L’ossigeno e l’anidride carbonica sono quindi scambiati con l’aria atmosferica tramite il meccanismo della ventilazione realizzato dai polmoni, ove il sangue si carica di ossigeno e cede anidride carbonica.

Questi processi possono essere rallentati fino a frazioni del livello di riposo (considerato come livello di riferimento) ad esempio dall’ipotermia o accelerati fino a 20 volte quando il fabbisogno di carburante aumenta, come nel caso di febbre, ipertermia o sforzo fisico.

La quantità di aria immessa ed emessa nei polmoni durante un atto respiratorio normale è di circa 500 cm<3>ma può notevolmente aumentare.

Meccanismi fisiologici accoppiati e bilanciati da sistemi chimici tampone mantengono il sistema scambiatore ossigeno /anidride carbonica dei polmoni sempre in equilibrio.

In numerose condizioni patologiche, l’eliminazione di anidride carbonica attraverso i polmoni è tuttavia alterata, difficoltosa o comunque interferisce con altri processi fisiologici e/o terapeutici (quale ad esempio la ventilazione meccanica artificiale).

E’ noto in tal caso impiegare un organo di filtraggio del sangue, in particolare noto come polmone artificiale, che può essere chiamato ad assistere ad ima deficienza dell’organo naturale sia per brevi periodi di tempo sia permanentemente, oppure, al limite, a sostituire l’intera funzione di scambio polmonare se per esempio l’organo naturale è totalmente insufficiente o se, ancora sano, deve fermarsi per un periodo di tempo limitato, ad esempio a causa di un intervento chirurgico.

Attualmente, i polmoni artificiali sono realizzati mediante macchinari relativamente voluminosi e non possono essere collocati nella regione anatomica sede dei polmoni naturali. In particolare, il sangue venoso viene deviato dal suo corso normale attraverso le vene centrali e reindirizzato per mezzo di cateteri e tubi in un circuito extracorporeo che comprende il polmone artificiale per essere infine restituito - tramite una pompa - al sistema arterioso, evitando così cuore e polmoni.

L’interruzione della circolazione polmonare e l’utilizzo di un polmone artificiale a scopi chirurgici è spesso indicata come circolazione extracorporea poiché nelle sale operatorie il dispositivo per lo scambio di gas e la pompa che fa circolare il sangue sono posti appunto fuori dal corpo.

In particolare, il sangue venoso, escluso dal circuito dei polmoni, viene essere ossigenato artificialmente tramite uno scambiatore di gas, in particolare un ossigenatore.

L’ossigenatore è solo una parte di un più grande circuito venoarterio-cardiopolmonare che prende il nome di macchina cuorepolmone. In particolare, in tale macchina, tutto il sangue venoso, che ritorna verso l’atrio destro del cuore, viene raccolto in un circuito extracorporeo, pompato in un ossigenatore dal quale viene convogliato nel circuito arterioso, aggirando così il cuore e la circolazione polmonare.

Durante questa procedura il sangue viene eparinizzato per evitare la formazione di trombi e ne viene abbassata la temperatura di pochi gradi per ridurre il consumo di ossigeno da parte degli organi principali, mentre l’ossigeno, o una miscela di gas ricca di ossigeno, fluisce da una sorgente moderatamente pressurizzata, in modo continuo e senza ricircolo.

II maggior problema che si riscontra nel realizzare un ossigenatore che funga da polmone artificiale è la creazione di una grande superficie di scambio tra gas e sangue. Questo problema è stato risolto nella tecnica nota utilizzando un ossigenatore a membrana facendo fluire sangue e gas lungo le facce opposte di una membrana permeabile ai gas.

Le apparecchiature attualmente disponibili agiscono quindi sulla quantità di anidride carbonica disciolta come gas nel sangue, che risulta essere in realtà una porzione limitata del contenuto totale di anidride carbonica del sangue .

Infatti, in tutti gli scambiatori a membrana, i gas si muovono dal compartimento a pressione parziale più alta verso quello a pressione parziale più bassa. Nel caso dell’anidride carbonica, questa si muove dal versante dei liquidi biologici (sangue, plasma, ultrafiltrato, etc) verso quello del fluido di ventilazione, mossa da un gradiente di pressione relativamente piccolo. Solo eccezionalmente ed in condizioni gravemente patologiche la pressione di anidride carbonica corporea supera naturalmente gli 80 mmHg, mentre la pressione di anidride carbonica del fluido di ventilazione non può mai essere inferiore a 0 mmHg. Si ha quindi a disposizione un gradiente di pressione fisiologicamente limitato ad un valore pari a 5-10 % della pressione atmosferica.

Si ha quindi la necessità di trattare, grandi quantità di sangue per eliminare una quantità di anidride carbonica tale da mantenere costante il suo valore nel sangue, nonostante la continua produzione da parte del metabolismo corporeo. In particolare, è noto che un uomo della corporatura media di 70Kg produce anidride carbonica in quantità pari a circa 10mMol/min: questa è quindi la quantità che un ossigenatore a membrana deve eliminare, rendendo in pratica necessario il trattamento di circa 1.5-2. 5 litri/min di sangue. Questo è l’obiettivo nel caso del cosiddetto “Total C02 Removal”, con possibilità di apnea completa a tempo indeterminato, vale a dire di sostituzione totale della funzione respiratoria naturale.

I quantitativi di sangue da trattare coinvolti vincolano all’utilizzo di macchinari e procedure particolarmente invasive, che ne limitano l’impiego agli interventi di cardiochirurgia o alle situazioni di estrema gravità, come ultima risorsa per evitare la morte..

Inoltre, il paziente deve essere collegato a tali macchinari in corrispondenza di vasi importanti del corpo, mediante impianti semipermanenti che non si possono assimilare alle cannule attualmente impiegate ad esempio nel caso di dialisi, con un notevole rischio di complicazioni maggiori, anche mortali, per il paziente. Infine, l’elevato volume di sangue trattato aumenta i rischi di danni alle sue parti corpuscolari, costringendo il paziente a seguire opportune terapie di supporto.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un metodo di trattamento del sangue ed una relativa apparecchiatura che consenta reliminazione del contenuto di anidride carbonica del sangue trattato, riducendone i flussi e i volumi i necessari ad ottenere una sostituzione parziale o totale del meccanismo di ventilazione naturale, superando in tal modo le limitazioni e gli inconvenienti che tuttora limitano i dispositivi realizzati secondo l'arte nota.

Sommario dell'invenzione

L’idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di agire sulla porzione di anidride carbonica presente nel sangue sotto forma di bicarbonato, porzione di gran lunga superiore alla quantità disciolta come gas.

Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un metodo di trattamento del sangue atto ad eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica del tipo comprendente una fase di prelievo di un flusso di sangue e caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente le fasi di:

acidificazione di detto flusso di sangue con trasformazione del relativo contenuto di bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa; e

- eliminazione di detto contenuto di anidride carbonica gassosa mediante gradiente di pressione. Si ottiene quindi un trattamento extracorporeo del sangue.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, detta fase di acidificazione comprende una fase di immissione di un carico acido.

Ulteriormente vantaggiosamente, il metodo comprende altresì una fase di rimozione di detto carico acido da detto flusso di sangue acidificato con ottenimento di un flusso di sangue trattato, nonché una fase di ventilazione contemporanea a detta fase di acidificazione ed una eventuale fase di ossigenazione di detto flusso di sangue attraverso un polmone artificiale a membrana.

Opportunamente, detta fase di immissione di detto carico acido prevede una immissione di una miscela di acidi organici ed inorganici.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, il metodo di trattamento del sangue può comprendere una fase preliminare di filtrazione di detto flusso di sangue , detta fase di acidificazione essendo realizzata su un ultrafiltrato così ottenuto.

Ulteriormente vantaggiosamente, il metodo comprende una fase di ricircolo di detto flusso di sangue in un percorso di feedback, con immissione di una frazione di sangue trattato a detto flusso di sangue immediatamente successiva a detta fase di acidificazione. Il metodo secondo l’invenzione comprende altresì, in detta fase di rimozione di detto carico acido, una fase di riequilibrio idroelettrolitico, realizzata in uno fra i seguenti metodi:

- emodialisi diretta di detto flusso di sangue trattato; filtrazione di detto flusso di sangue trattato con ottenimento di un ultrafiltrato ed eliminazione di una quantità di ultrafiltrato tale da compensare detto carico acido immesso con successiva infusione di una quantità di carico basico;

- equilibrio per dialisi di un ultrafiltrato con un liquido batch sottoposto a dissalazione con successiva infusione di una quantità di carico basico.

Il problema è altresì risolto da un dispositivo di trattamento del sangue atto a eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica del tipo comprendente almeno un terminale di ingresso di immissione di un flusso di sangue ed un terminale di uscita di emissione di un flusso di sangue trattato caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno stadio di acidificazione ed uno scambiatore di gas inseriti, in serie tra loro, tra i terminali di ingresso ed uscita, detto scambiatore di gas provvedendo aireliminazione del contenuto di anidride carbonica gassosa di detto flusso di sangue venoso acidificato da detto stadio di acidificazione.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detto stadio di acidificazione è atto ad immettere un carico acido in detto flusso di sangue venoso con ottenimento di un flusso di sangue acidificato che viene immesso in detto scambiatore di gas che provvede a ventilarlo.

Ulteriormente vantaggiosamente secondo l’invenzione, uno stadio di deacidificazione è inserito a valle di detto scambiatore di gas per fornire detto flusso di sangue trattato a detto terminale di uscita.

Opportunamente, detto scambiatore di gas è un ossigenatore a membrana atto ad eliminare per gradiente di pressione il contenuto di anidride carbonica gassosa da detto flusso di sangue acidificato ed eventualmente ad ossigenarlo, dando luogo ad un flusso di sangue decarbonificato ed eventualmente ossigenato, ancora acidificato, inviato a detto stadio di deacidificazione.

Ulteriormente vantaggiosamente secondo l’invenzione, detto stadio di deacidificazione è atto a rimuovere il carico acido mediante eliminazioni di anioni con immissione di un carico basico a detto flusso di sangue decarbonificato ed eventualmente ossigenato con ottenimento di un flusso di sangue trattato, fornito a detto terminale di uscita.

Il dispositivo secondo rinvenzione comprendere ulteriormente un blocco di ricircolo atto a spillare in un percorso di feedback una porzione di detto flusso di sangue ossigenato a valle di detto scambiatore di gas e a mischiarla a detto flusso di sangue acidificato per diminuire il pH ematico a monte di detto scambiatore di gas.

In una variante di realizzazione vantaggiosa, il dispositivo comprendere ulteriormente un emofiltro per la produzione di ultrafiltrato, opportunamente collegato a monte di detto stadio di acidificazione oppure inserito tra detto stadio di acidificazione e detto scambiatore di gas od anche collegato a valle di detto scambiatore di gas.

Detto emofiltro è altresì vantaggiosamente inserito in detto percorso di feedback con detto blocco di ricircolo.

Le caratteristiche ed i vantaggi del metodo e del dispositivo di trattamento del sangue secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

la Figura 1 mostra schematicamente un dispositivo di trattamento del sangue atto ad implementare il metodo secondo l invenzione;

la Figura 2 mostra schematicamente una prima variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue secondo Tinvenzione;

la Figura 3 mostra schematicamente una seconda variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue secondo Tinvenzione; e

la Figura 4 mostra schematicamente una terza variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue secondo Tinvenzione.

Descrizione dettagliata

E’ opportuno anzitutto sottolineare il fatto che la presente invenzione nasce primariamente dalla considerazione che Tanidrìde carbonica è trasportata nel sangue secondo due meccanismi principali:

disciolta come gas; e

sotto forma di ione bicarbonato

e dal fatto che la porzione di anidride carbonica presente come ione bicarbonato è di gran lunga superiore alla quantità disciolta come gas.

Partendo da tali considerazioni, vantaggiosamente secondo l’invenzione, si propone un metodo di trattamento del sangue per l eliminazione dell’anìdride carbonica mediante conversione della sua porzione presente come ione bicarbonato, indicata nel seguito come bicarbonato ematico.

In particolare, vantaggiosamente secondo l’invenzione, il metodo prevede una fase di reazione di tale bicarbonato ematico e la sua trasformazione in anidride carbonica gassosa, che viene quindi eliminata mediante semplice gradiente di pressione.

E’ opportuno ricordare che un meccanismo simile è utilizzato nella ventilazione naturale, vale a dire dai polmoni, dove un enzima, in particolare l’anidrasi carbonica, permette la reazione del bicarbonato ematico e la sua trasformazione in gas, reazione normalmente molto lenta.

Si sottolinea inoltre il fatto che tale reazione chimica con trasformazione del bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa libera un quantitativo di gas assolutamente alla portata di un normale ossigenatore a membrana, la cui efficacia è limitata nelle apparecchiature note solamente dalla quantità ridotta di anidride carbonica già presente in forma gassosa.

Ulteriormente, si sottolinea che la pressione parziale di anidride carbonica in occasione della trasformazione del bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa aumenta anche di dieci volte, aumentando così proporzionalmente la capacità di eliminazione di anidride carbonica dell’ossigenatore a membrana utilizzato.

Più in dettaglio, il metodo di trattamento del sangue secondo l invenzione comprende le seguenti fasi fondamentali:

acidificazione del sangue con trasformazione del bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa; e

- eliminazione del contenuto di anidride carbonica gassosa Si ottiene quindi un trattamento extracorporeo del sangue. Vantaggiosamente secondo l invenzione, la fase di acidificazione del sangue prevede una contemporanea ventilazione dello stesso. Durante tale fase di ventilazione, si prevede inoltre una fase di ossigenazione del flusso di sangue.

Inoltre, il metodo comprende una fase finale di rimozione del carico acido che resta nel sangue. E’ così possibile re-immettere il sangue trattato (in particolare ripulito del suo contenuto di anidride carbonica, ossigenato e depurato del carico acido) nel paziente.

Vantaggiosamente secondo l invenzione, la fase di acidificazione del sangue comprende una fase di immissione di un carico, acido (in particolare un carico anionico) al sangue, più in particolare una miscela di un acido inorganico, quale l’acido cloridrico HC1 e di acidi organici, quali l’acido piruvico, l’acido citrico e l’acido lattico (già normalmente presenti nell’organismo). Più in dettaglio, una tale miscela acida viene immessa in quantità normalmente comprese fra 0 e 10 mMol/min nel sangue come prelevato da un paziente, tipicamente sangue venoso che ritorna verso l’atrio destro del cuore carico di anidride carbonica e povero di ossigeno in quantità .

In tal modo, per un flusso di sangue ad esempio di 400ml/min che, come sarà chiaro nel seguito della descrizione, risulta sufficiente a garantire l eliminazione desiderata di anidride carbonica per una sostituzione totale della ventilazione naturale, si prevede una aggiunta massima di circa 25mMol/litro di carico acido.

E’ immediato verificare che l’aggiunta di tale carico acido massimo converte pressoché totalmente il bicarbonato ematico, vale a dire lo ione bicarbonato contenuto nel sangue legato all’acqua (pari a circa 25mMol/litro) in acido carbonico o anidride carbonica gassosa.

La pressione parziale di anidride carbonica gassosa ottenuta dalla reazione sopra indicata raggiunge valori superiori a 450 mmttg. E’ opportuno sottolineare il fatto che, anche in ambiente chiuso (cioè non ventilato), tali valori di pressione risultano comunque sicuri poiché non comportano la formazione di bolle o microbolle.

Si verifica inoltre che, a seguito dell’aggiunta del carico acido nelle proporzioni sopra indicate, il valore di pH del sangue o pH ematico si aggirerebbe in questo caso intorno a 5.7, valore questo molto pericoloso per la sopravvivenza dei globuli rossi e di altre cellule del sangue. Vantaggiosamente secondo l’invenzione, si prevede quindi la fase di ventilazione del flusso di sangue, in particolare utilizzando un ossigenatore a membrana, riportando la pressione di anidride carbonica gassosa a valori di 5-20 mmHg ed il pH ematico a valori prossimi alla normalità .

L’ossigenatore a membrana, in virtù dell’elevata pressione parziale di anidride carbonica così generata, provvede in tal modo all’eliminazione quasi completa del contenuto di anidride carbonica gassosa del sangue acidificato.

E’ opportuno notare che la fase di acidificazione del sangue o del'ultrafiltrato, aumenta notevolmente la pressione di anidride carbonica, favorendone l’eliminazione verso una fase gassosa a pressione di anidride carbonica più bassa, vale a dire verso un gas di ventilazione utilizzato.

Opportunamente, l’ossigenatore a membrana provvede anche a realizzare la desiderata fase di ossigenazione del sangue.

In una variante di realizzazione preferita dell’invenzione, per evitare brusche cadute del pH ematico localmente nonché accumuli locali di anidride carbonica gassosa, il metodo prevede una fase preliminare di ultrafiltrazione del sangue, con separazione della sua parte corpuscolata dal plasma o ultrafiltrato (come sarà meglio spiegato nel seguito della descrizione con riferimento alla Figura 2).

In tal caso, la fase di acidificazione del sangue prevede,raggiunta del carico acido all ’ultrafiltrato , che viene reimmesso nel sistema a monte dello scambiatore gassoso e dell’ultrafiltro,

E’ altresì possibile (come sarà meglio spiegato nel seguito della descrizione con riferimento alla Figura 4) prevedere una fase di ricircolo del flusso di sangue in retroazione, con immissione di una frazione d-i sangue già ventilato e ulteriormente acidificato al sangue proveniente dal paziente,, limitando in tal modo la variazione del pH ematico. .

Ulteriormente vantaggiosamente secondo l’invenzione, il metodo prevede quindi una fase di rimozione del carico acido dal sangue trattato. Tenendo presente che la parte di acidi organici della miscela acida (che non deve comunque superare circa 1 mMol/min, e che quindi può corrispondere, nel caso di rimozione totale al 10% del carico acido totale) viene rimossa dal metabolismo del paziente trattato, per evitare una rapida acidosi dello stesso, la fase di rimozione deve comportare la rimozione del carico acido inorganico o non metabolizzabile aggiunto al, sangue.

In una forma preferita di realizzazione del metodo secondo l invenzione, la fase di rimozione del carico acido dal sangue trattato, in particolare decarbonificato, comprende una fase di riequilibrio idroelettrolitico. Ulteriormente vantaggiosamente, ove la eliminazione di anioni acidi sia accompagnata da una perdita di cationi, questi vengono fomiti al paziente anche in forma di basi (idrossidi).

E’ possibile realizzare in maniera semplice tale fase di riequilibrio idroelettrolitico del sangue trattato mediante sua emodialisi diretta prima della reimmissione.

In questo caso occorre tener presente che, in particolare nel caso di rimozione totale o pressoché totale di anidride carbonica, è possibile raggiungere valori di pH molto alcalini, dannosi per il globulo rosso, e che potrebbero causare la precipitazione del calcio.

E’ altresì possibile considerare una fase di rimozione del carico acido comprendente le fasi di:

filtrazione del sangue trattato (in particolare mediante un emofiltro) con ottenimento di un ultrafiltrato (usualmente pari a 70-100ml/min);

- eliminazione o scarto di una quantità di ultrafiltrato tale da compensare raggiunta del carico acido, in particolare eliminando una quota corrispondente di ioni acido (CL-); e

infusione successiva di una quantità di carico basico in sede opportuna, in particolare una miscela di basi inorganiche, tra le quali NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH}2e altri ioni positivi, adeguata a ristabilire il contenuto di cationi del sangue andati persi con l ultrafiltrato

E’ infatti immediato verificare che l ultrafiltrato ottenuto dal sangue trattato conterrà un carico di anioni (acidi) intorno a 130mEq/ litro ed è quindi possibile calcolare la quantità di ultrafiltrato da eliminare per riequilibrare il contenuto acido sulla base del carico acido aggiunto.

In particolare, è noto che rultrafiltrato ematico ha un contenuto elettrolitico circa sovrapponibile a quello del plasma, con aumento del contenuto di anioni (Cl- e HC03-) per effetto della mancanza di proteine nella fase ultrafiltrato. Per esempio, se si infondono 5 mEq minuto di acido HC1 (per una eliminazione tra il 50% e il 100% della produzione di anidride carbonica) risulta sufficiente eliminare tra i 40 e i 50 mi/ min di ultrafiltrato per mantenere costante il contenuto corporeo di ioni acido (CL-). Si rende inoltre necessario infondere un carico basico, in particolare una soluzione che contenga ioni positivi (Na, K, Mg e Ca) in forma di idrossido per mantenere costante la concentrazione di questi ultimi.

E’ altresì opportuno notare che questa infusione di carico basico può avvenire opportunamente in una via diversa da quella di reimmissione del sangue, possibilmente in una vena centrale.

L’ultrafiltrazione di riequilibrio idroelettrolitico può essere effettuata prima o dopo la fase di acidificazione, nel caso in cui vengaeseguita prima eliminando anche una quota di bicarbonato.

In alternativa è possibile (ed opportuno, soprattutto nel caso in cui si effettui la rimozione totale della produzione di anidride carbonica) equilibrare per dialisi l ultrafìltrato con un liquido batch che viene sottoposto a dissalazione secondo uno dei metodi di riequilibrio idroelettrolitico noti, fra i quali osmosi inversa, elettrodialisi, passaggio su colonna a scambio ionico basica, dialisi a diffusione attraverso membrane a scambio ionico ... (in quest’ultimo caso con recupero dell’acido).

E’ opportuno notare che l’interposizione di un dializzatore risulta in tal caso necessaria a garantire la sterilità del sangue trattato e deacidificato, poiché al momento non si conoscono impianti di trattamento dell’acqua sufficientemente sicuri.

Peraltro, l’ottenimento di un ultrafiltrato intermedio piuttosto che la dialisi diretta del sangue è suggerito dalla necessità di evitare che il sangue raggiunga pH molto alti (dell’ordine di 11).

Si verifica facilmente che il metodo proposto può eliminare efficacemente il contenuto pressoché totale di anidride carbonica del sangue, rendendo sufficiente trattare tra 350 e 450 mi/ min di sangue per ottenere ima rimozione pressoché totale della produzione minuto di anidride carbonica e permettere quindi la sostituzione della ventilazione naturale.

Secondo varianti vantaggiose di reazione, il metodo di trattamento del sangue secondo l’invenzione prevede più di una fase di acidificazione del sangue con immissione di più carichi acidi, in modo da eliminare quantità maggiori di anidride carbonica con trasformazioni a catena del bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa. E’ possibile altresì prevedere più fasi di ventilazione del sangue.

Opportunamente, il metodo di trattamento del sangue secondo rinvenzione prevede fasi di pompaggio del flusso di sangue e/o dell’ul trafiltrato .

II metodo di trattamento del sangue secondo rinvenzione viene messo in opera dal dispositivo di trattamento del sangue schematicamente illustrato in Figura 1, complessivamente indicato con 1.

In particolare, il dispositivo 1 di trattamento del sangue comprende un terminale IN di ingresso di immissione di un flusso di sangue S ed un terminale OUT di uscita di emissione (vale a dire di ritorno al paziente) di un flusso di sangue trattato St, in particolare con eliminazione del contenuto di anidride carbonica ed eventualmente introduzione di ossigeno.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, il dispositivo 1 di trattamento del sangue comprende uno stadio 2 di acidificazione, uno scambiatore 3 di gas ed uno stadio 4 di deacidificazione.

Più in dettaglio, il flusso di sangue S entra nello stadio 2 di acidificazione dove riceve un carico acido CA trasformandosi in un flusso di sangue acidificato Sa che viene immesso nello scambiatore 3 di gas.

Come visto in precedenza lo scambiatore 3 di gas è essenzialmente un ossigenatore a membrana che elimina il contenuto di anidride carbonica gassosa dal flusso di sangue acidificato (ed eventualmente lo ossigena), dando luogo ad un flusso di sangue decarbonificato ed eventualmente ossigenato Sd, ancora acidificato.

Il flusso di sangue decarbonificato Sd viene quindi immesso nello stadio 4 di deacidificazione dove viene eliminato il carico acido in esso presente con emissione del flusso di sangue trattato St, tale sangue trattato essendo privo di anidride carbonica e della porzione non metabolizzabile del carico acido , pronto quindi per essere re-immesso nel paziente. In particolare, nello stadio 4 di deacidificazione riceve il carico basico CB da aggiungere al flusso di sangue decarbonificato Sd in uscita dallo scambiatore 3 di gas. Tale carico di basi può essere opportunamente infuso in qualunque altra linea infusionale del paziente, ad evitare, a seconda delle condizioni di impiego, eccessivi sbalzi di pH del sangue trattato.

In una forma preferita di realizzazione dell Invenzione , il dispositivo 1 di trattamento del sangue comprende inoltre un blocco 5 di ricircolo atto a spillare - in un percorso di feedback - una porzione Sf del flusso di sangue decarbonificato Sd e a mischiarla al flusso di sangue proveniente dal paziente S prima della acidificazione per limitare brusche cadute del pH ematico, come sopra spiegato con riferimento al metodo di trattamento del sangue secondo l’invenzione .

In una variante di realizzazione, il dispositivo 1 di trattamento del sangue comprende inoltre un emofiltro 6 per la produzione di ultrafiltrato. Tale emofiltro 6 può essere previsto a monte dello stadio 2 di acidificazione, come illustrato in Figura 1, oppure tra lo stadio 2 di acidificazione e lo scambiatore 3 di gas od anche a valle dello scambiatore 3 di gas, prima dello stadio 4 di deacidificazione, secondo le varianti di trattamento sopra spiegate con riferimento al metodo secondo l’invenzione.

Ovviamente, il dispositivo 1 di trattamento del sangue può essere realizzato con una serie di elementi o blocchi atti ad implementare le diverse fasi del metodo, come sopra descritto, singolarmente ottimizzati per l’esecuzione della fase ad essi deputata, oppure mediante una apparecchiatura integrata atta a realizzare tutte le fasi di trattamento del sangue previste.

In Figura 2 è illustrato schematicamente una prima variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue, indicato con la, atto a realizzare una acidificazione di un ultrafiltrato ricircolante attraverso uno scambiatore a membrana in bypass veno-venoso, o artero- venoso o venoarterioso.

In particolare, il dispositivo la dì trattamento del sangue è connesso ad un paziente PZ in corrispondenza di un vaso del corpo (connessa al terminale IN di ingresso del dispositivo) e reimmesso in corrispondenza del terminale OUT di uscita del dispositivo.

In questa prima variante di realizzazione, il sangue viene drenato dal paziente PZ grazie ad una prima pompa PI ed attraversa uno scambiatore 3 di gas, in particolare scambiatore a membrana e quindi un emofiltro 6.

Si ottiene così un ultrafiltrato Uf, il quale viene acidificato con un carico acido CA, in particolare una miscela di acidi fisiologici e inorganici, e reimmesso in circolo a monte dello scambiatore 3 di gas grazie ad una seconda pompa P2, che realizza il blocco 5 di ricircolo. Il dispositivo la di trattamento del sangue comprende quindi un percorso di feedback includente la seconda pompa P2 atta a realizzare il blocco 5 di ricircolo 5 di una porzione dell ’ul trafiltrato Uf e lo stadio 2 di acidificazione, atto ad immettere il carico acido CA nella porzione spillata di ultrafiltrato Uf.

Una porzione o quota di ultrafiltrato UF viene vantaggiosamente scartata in continuo, in modo da mantenere costante il contenuto corporeo di acidi, ed il volume sostituito con una soluzione di basi come sopra descritto e realizzare la fase di riequilibrio idroelettrolitico del sangue trattato.

Questa prima variante di realizzazione del dispositivo la di trattamento del sangue secondo l’invenzione risulta particolarmente preferibile in caso di sostituzione parziale della funzione ventilatoria naturale.

In Figura 3 è illustrato schematicamente una seconda variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue, indicato con Ib, atto a realizzare una acidificazione diretta del sangue, una ventilazione attraverso uno scambiatore gassoso a stadi successivi ed una eliminazione finale del carico acido.

Anche in tal caso, il dispositivo lb di trattamento del sangue è connesso ad un paziente PZ in corrispondenza di un vaso del corpo (connessa al terminale IN di ingresso del dispositivo) e reimmesso in corrispondenza del terminale OUT di uscita del dispositivo.

In questa seconda variante di realizzazione, il sangue viene drenato dal paziente PZ grazie ad una prima pompa PI e viene acidificato con un primo carico acido CA in corrispondenza di un primo stadio 2 di acidificazione prima di essere inviato ad un primo scambiatore 3 di gas, in particolare uno scambiatore a membrana, dove viene ventilato.

II sangue acidificato e ventilato viene quindi nuovamente addizionato con un secondo carico acido CA’ in corrispondenza di un secondo stadio 2’ di acidificazione, aumentando in tal modo la pressione di anidride carbonica. Il sangue viene quindi nuovamente ventilato tramite un secondo scambiatore 3’ di gas.

II numero di stadi di acidificazione e di scambiatori di gas può essere aumentato o ridotto a seconda delle necessità di rimozione della anidride carbonica.

Il sangue passa infine in un emofiltro 6 dove avviene uno spillaggio di ultrafiltrato Uf per realizzare la fase di riequilibrio idroelettrolitico del sangue trattato.

In Figura 4 è illustrata schematicamente una terza variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue, indicato con le, atto a realizzare una acidificazione ed una ventilazione attraverso uno scambiatore gassoso con ricircolo di sangue.

Anche in tal caso, il dispositivo le di trattamento del sangue è connesso ad un paziente PZ in corrispondenza di un vaso del corpo (connessa al terminale IN di ingresso del dispositivo) e reimmesso in corrispondenza del terminale OUT di uscita del dispositivo.

In questa terza variante di realizzazione, il sangue viene drenato dal paziente PZ grazie ad una prima pompa PI e viene ricircolato ad alto flusso in un circuito che comprende uno stadio 2 di acidificazione per l’immissione del carico acido CA ed uno scambiatore 3 di gas con ricircolo di sangue realizzato da una seconda pompa P2 del blocco 5 di ricircolo e passaggio finale nell’emofiltro 6 per lo spillaggio di ultrafiltrato Uf atto a realizzare la fase di riequilibrio idroelettrolitico del sangue trattato. Il dispositivo le di trattamento del sangue comprende quindi un percorso di feedback includente la seconda pompa P2 atta a realizzare il blocco 5 di ricircolo 5 di una porzione del flusso di sangue e lo stadio 2 di acidificazione, atto ad immettere il carico acido CA nella porzione spillata di flusso di sangue.

Vantaggio di questa terza variante di realizzazione del dispositivo di trattamento del sangue è la bassa resistenza, pagata da una più elevata complessità meccanica (in particolare con la necessità di due pompe per il sangue).

In conclusione, vantaggiosamente secondo l’invenzione, il metodo ed il dispositivo di trattamento del sangue effettuano una eliminazione del relativo contenuto di anidride carbonica tale da permettere una sostituzione della ventilazione naturale, pur trattando quantità limitate di sangue.

In particolare, il metodo di trattamento del sangue secondo l'invenzione prevede un passaggio contìnuo di sangue nel dispositivo di trattamento (si tratta quindi di un trattamento extracorporeo del sangue) e, sfruttando meccanismi chimico-fisici di reazione con un carico acido, realizza la trasformazione del bicarbonato ematico in forma gassosa e ne permette la successiva eliminazione pressoché totale.

In sostanza, grazie alla liberazione dell’anidride carbonica contenuta in un flusso di sangue sotto forma di bicarbonato ematico, permette il trattamento di flussi sanguigni contenuti, in particolare paragonabili al trattamento della dialisi, con miglioramento sostanziale del profilo-rischio beneficio del trattamento di rimozione extracorporea deiranidride carbonica. Questa tecnologia può vantaggiosamente trovare impiego nella insufficienza respiratoria acuta (la cosiddetta ALI/ARDS) potendo eliminare la necessità di ventilazione meccanica ed i suoi pericoli. Potenziali ed importanti applicazioni, con effetti incalcolabili sul miglioramento della qualità della vita dei pazienti trattati, sì possono prevedere anche per gli insufficienti respiratori cronici, o comunque in tutte le patologie in cui si renda utile eliminare o ridurre la necessità di ventilazione

Come sopra indicato, vantaggiosamente secondo l’invenzione, risulta possibile eliminare dal corpo la quantità totale di anidride carbonica prodotta ogni minuto, trattando anche solo 400-500 mi di sangue (o altro fluido corporeo, il contenuto di anidride carbonica essendo comunque alto anche nel plasma o neirultrafiltrato), invece dei 1.5 e 2.5 litri al minuto di sangue attualmente necessari per ottenere l’obiettivo del cosiddetto “Total Co2 Removal”.

In altre parole, utilizzando il metodo secondo l’invenzione è possibile eliminare la necessità di ventilazione meccanica, o addirittura la necessità di respirare attraverso i polmoni naturali, con una tecnologia dotata di una ìnvasività e di una complessità del tutto simile a quella di ima normale emodialisi.

Ovviamente, lo stesso vantaggio si ripropone nel caso in cui si vogliano eliminare solo quote della produzione minuto di anidride carbonica. Ad esempio, con soli 200 ml di sangue si elimina circa il 50% della produzione di anidride carbonica, permettendo di dimezzare le necessità di ventilazione naturale, nel caso di deficit parziale dell’apparato respiratorio.

Ovviamente al metodo e dispositivo di trattamento del sangue sopra descritto un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte comprese nell'ambito di protezione dell’invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di trattamento del sangue atto ad eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica del tipo comprendente una fase di prelievo di un flusso di sangue e caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente le fasi di: acidificazione di detto flusso di sangue con trasformazione del relativo contenuto di bicarbonato ematico in anidride carbonica gassosa; e eliminazione di detto contenuto di anidride carbonica gassosa mediante gradiente di pressione, 2. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di acidificazione comprende una fase di immissione di un carico acido. 3. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente una fase di rimozione di detto carico acido da detto flusso di sangue acidificato con ottenimento di un flusso disangue trattato. 4. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di acidificazione comprende una contemporanea fase di ventilazione di detto flusso di sangue attraverso un polmone artificiale a membrana. 5. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta fase di ventilazione comprende ima fase di ossigenazione di detto flusso di sangue . 6. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di immissione di detto carico acido prevede una immissione di una miscela di acidi organici ed inorganici. 7. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase preliminare di filtrazione di detto flusso di sangue e dal fatto che detta fase di acidificazione viene realizzata su un ultrafìltrato così ottenuto. 8. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente una fase di ricircolo di detto flusso di sangue in un percorso di feedback, con immissione di una frazione di sangue trattato a detto flusso di sangue immediatamente prima di detta fase di acidificazione e ventilazione. 9. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente una fase di ricircolo di detto flusso di sangue in un percorso di feedback, con immissione di una frazione di sangue trattato e ulteriormente acidificato immediatamente prima di detta sua ventilazione. 10. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimozione di detto carico acido da detto flusso di sangue trattato comprende una fase di riequilibrio idroelettrolitico. 11. Metodo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta fase di riequilibrio idroelettrolitico comprende uno fra i seguenti metodi: emodialisi diretta di detto flusso di sangue trattato; filtrazione di detto flusso di sangue trattato con ottenimento di un ultrafiltrato ed eliminazione di una quantità di ultrafiltrato tale da compensare dotto carico acido immesso con successiva infusione di una quantità di carico basico; equilibrio per dialisi dì un ultrafiltrato con un liquido batch sottoposto a dissalaziohe con successiva infusione di una quantità di carico basico. 12. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere più di una fase di acidificazione del sangue con immissione di più carichi acidi. 13. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere più fasi di ventilazione del sangue. 14. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere una fase di pompaggio di detto flusso di sangue . 15. Metodo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 14, caratterizzato dal fatto di prevedere una fase di pompaggio di detto ultrafiltrato. 16. Dispositivo di trattamento del sangue atto a eliminare almeno parzialmente il contenuto di anidride carbonica del tipo comprendente almeno un terminale di ingresso (IN) di immissione di un flusso di sangue (S) ed un terminale di uscita (OUT) di emissione di un flusso di sangue trattato (St) caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno stadio di acidificazione (2) ed uno scambiatore di gas (3) inseriti, in serie tra loro, tra i terminali di ingresso ed uscita (IN, OUT), detto scambiatore di gas (3) provvedendo all’eliminazione del contenuto di anidride carbonica gassosa di detto flusso di sangue acidificato da detto stadio di acidificazione (2). 17. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto stadio di acidificazione (2) è atto ad immettere un CELTICO acido (CA) in detto flusso di sangue (S) con ottenimento di un flusso di sangue acidificato (Sa) che viene immesso in detto scambiatore di gas (3) che provvede a ventilarlo. 18. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente uno stadio di deacidificazione (4) inserito a valle di detto scambiatore di gas (3) ed atto, a fornire detto flusso di sangue trattato (St) a detto terminale di uscita (OUT) . 19. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di gas (3) è un ossigenato re a membrana atto ad eliminare per gradiente di pressione il contenuto di anidride carbonica gassosa da detto flusso di sangue acidificato (Sa) ed eventualmente ad ossigenarlo, dando luogo ad un flusso di sangue decarbonificato ed eventualmente ossigenato (Sd), ancora acidificato, inviato a detto stadio di deacidificazione (4). 20. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detto stadio dì deacidificazione (4) è atto a rimuovere detto carico acido (CA) mediante eliminazioni di anioni con immissione di un carico basico (GB) a detto flusso di sangue decarboniflcato ed eventualmente ossigenato (Sd) con ottenimento di un flusso di sangue trattato (St), fornito a detto terminale di uscita (OUT). 21. Dispositivo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 20, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un blocco di ricircolo (5) atto a spillare in un percorso di feedback una porzione (Sf) di detto flusso di sangue decarboriificato ed eventualmente ossigenato (Sd) a valle di detto scambiatore di gas (3) e a mischiarla a detto flusso di sangue (S) per limitare le variazioni di pH ematico a monte di detto scambiatore di gas (3). 22. Dispositivo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 21, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un emofiltro (6) per la produzione di ultrafìltrato (Uf). 23. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto emofiltro (6) è collegata a monte di detto stadio di acidificazione (2), detto carico acido (CA) essendo immesso in detto ultrafìltrato (Uf). 24. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto emofiltro (6) è collegato a monte di detto stadio di acidificazione (2), e che mediante detto ultrafiltrato (Uf) si provvede ad eliminare detto carico acido, compreso detto bicarbonato ematico, la perdita contemporanea di cationi essendo compensata mediante infusone di adeguata quantità degli stessi in forma di idrossidi. 25. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto emofiltro (6) è inserito tra detto stadio di acidificazione (2) e detto scambiatore di gas (3), detto scambiatore di gas (3) provvedendo a ventilare detto ultrafiltrato (Uf). 26. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto emofiltro (6) è inserito a valle di detto scambiatore di gas (3), detto carico basico (CB) essendo immesso da detto stadio di deacidificazione (4) in detto ultrafiltrato (Uf). 27. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto emofiltro (6) è inserito in detto percorso di feedback con detto blocco dì ricircolo (5), che provvede a mischiare una porzione di detto ultrafiltrato (Uf) a detto flusso di sangue acidificato (Sa).. 28. Dispositivo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 27, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima pompa (PI) di prelievo di detto flusso di sangue e di immissione in detto scambiatore di gas (3) ed un emofiltro (6) connesso in uscita a detto scambiatore di gas (3) nonché un percorso di feedback di prelievo di una porzione di detto ultrafiltrato (Uf) a valle di detto emofiltro (6) e reimmissione dello stesso a monte di detto scambiatore di gas (3), detto percorso di feedback comprendendo una seconda pompa (P2) atta a realizzare un blocco di ricircolo (5) di detta porzione di detto ultrafiltrato (Uf) ed uno stadio di acidificazione (2) atto ad immettere un carico acido (CA) in detto porzione di ultrafìltrato (Uf). 29. Dispositivo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 27, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima pompa (PI) di prelievo di detto flusso di sangue e di immissione in almeno uno scambiatore di gas (3, 3% una pluralità di stadi di acidificazione (2, 2’) essendo previsti a monte di detto almeno uno scambiatore di gas (3, 3^ per l’immissione in detto flusso di sangue di una pluralità di carichi acidi (CA, CA<*>). 30. Dispositivo di trattamento del sangue secondo la rivendicazione 29, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di scambiatori di gas (3, 3^ in cascata tra loro, a monte di ciascuno di detti scambiatori di gas (3, 3*) essendo previsto uno di detti stadi di acidificazione (2, 2’). 31. Dispositivo di trattamento del sangue secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 27, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima pompa (PI) di prelievo di detto flusso di sangue e di immissione in detto scambiatore di gas (3) ed un emofiltro (6) connesso in uscita a detto scambiatore di gas (3) nonché un percorso di feedback di prelievo di una porzione di detto flusso di sangue a valle di detto scambiatore di gas (3) e reimmissione dello stesso a monte di detto scambiatore di gas (3), detto percorso di feedback comprendendo una seconda pompa (P2) atta a realizzare un blocco di ricircolo (5) di detta porzione di detto flusso di sangue ed uno stadio di acidificazione (2) atto ad immettere un carico acido (CA) in detta porzione dì flusso di sangue.