ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
2.3. Материалы, используемые для конструирования искусственных органов
Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие
по ним одновременно. Каждая клетка выделяет двуокись углерода и погло-
щает кислород через мембраны альвеол. Легкое содержит 40 различных ти-
пов клеток, структура которых является слишком сложной для того, чтобы ее
можно было построить искусственно, и все функции легкого до конца не ис-
следованы. Поэтому в настоящее время разработаны только машины содей-
ствия дыханию и газообмену. Во время хирургических операций кровь уда-
ляется из организма, и функцию оксигенации и удаления продуктов обмена,
а также возвращения крови в организм осуществляют газообменники (окси-
генаторы). В клинической практике применяют оксигенаторы различных
конструкций: пузырьковые, мембранные, пористые.
В пузырьковых оксигенаторах газобмен происходит непосредственно
на пленке между кровью/газом вокруг каждого пузырька. Преимущество
этой конструкции в наличии огромной площади поверхности для обмена при
минимальном пограничном слое в результате того, что кровь и фазы газа пе-
ремешиваются. Контроль скорости относительной транспортировки можно
осуществлять по размеру пузырьков, диаметр которых, как правило, состав-
ляет 30–50 мкм. Недостаток пузырькового оксигенатора в том, что кровь по-
стоянно образует новые разделы фаз «кровь-газ», негативно влияющие на
клетки крови и белки плазмы. Поэтому такие оксигенаторы используют в
случае кратковременных процедур подключения пациентов к газообменнику.
В мембранных оксигенаторах кровь непосредственно не соприкасается
с газом, так как они разделены мембраной (толщина 0,2–0,4 мкм). Материал
мембраны должен быть газорастворимым. Как правило, для этого использу-
ют полимерные материалы (силоксаны, полипропилен, силикон). Эффектив-
ность насыщения крови кислородом определяется свойствами используемого
полимерного материала; чем выше значение проницаемости (Dα), тем эффек-
тивнее процесс газообмена (P
CO2
/P
O2
). У целлюлозы проницаемость составля-
ет величину порядка 25, а эффективность газообмена около 18; у силоксана
соответственно 1000 и 5; у полиэтилена – 12 и 3. Для придания жесткости
мембране фильтрующий слой укрепляют жестким макропористым слоем
с размером пор в несколько мкм. Площадь мембраны в оксигенаторе доста-
точна большая, не менее 2–5 м
2
, поэтому мембрана скручена в виде спирали
с пространством для крови и газа порядка 1–3 мм.
Полимерные мембраны из полых волокон или листов с многочислен-
ными порами диаметром 1 мкм представляют собой пористые мембранные
оксигенаторы. Цилиндрическое устройство заполняется пучками полых во-
локон. Через внутренний канал волокон или через зазоры между волокнами
течет кровь. Диаметр пространства для крови может быть очень незначи-
тельным около 100 мкм. Связано это с тем, что многочисленные волокна
смачиваются параллельно, поэтому сопротивление потоку и сдвигу, прила-
гаемое к крови, очень низкое. В данной конструкции оксигенатора силы по-
верхностного натяжения препятствуют прохождению крови через поры во-
локон (или мембраны), в результате газ осуществляет обмен на постоянном
стыке фаз «газ/кровь», образуемый при попадании крови в устройство, по-
этому взаимодействие газа и крови сводится к минимуму.