The purpose of this study was to evacuate the effects of the number of tied hollow fibers in a novel membrane oxygenator that satisfied the limiting factor of minimizing the friction loss in the intravascular blood flow Pattern. The membrane oxygenator is a bundle consisted of several hundred ho1low fibers haying the outside diameter of 380 $\mu m$ and the axial jacket length of 600 mm. The eight different variation of tied hollow fibers in a bundle were designed. and the liquid flow pattern was controlled by a pump. The liquid pressure drop was measured by in vitro experiments using water and g1ycero1. Uniform blood flow pattern was observed for each number of tied hollow fibers. Pressure drop was 13-16 mmHg outside of the membrane oxygenator consisting of up to 700 ho1low fibers. More effective contact of liquid with the tied ho1low fibers was observed as a decrease in the number of the tied hollow fibers. and resulted in the enhancement of the friction tractor
The effects of extracorporeal circulation on plateler count were studied in 120 patients. We measured platelet count before, during, after extracorporeal circulation, and postoperative 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11th days to evaluate the effects of total extracorporeal circulation time and types of oxygenator on changes of platelet count The patients were classified into group I [extracorporeal circulation time < 100 minutes, 45 patients], II [100 < extracorporeal circulation time < 200 minutes, 48 patients], III [extracorporeal circulation time >200 minutes, 27 patients], and also all patients were classified into group B [bubble oxygenator, 84 patients] and group M [membrane oxygenator, 36 patients]. The group I, II, III were subclassified into IB, IM, IIB, IIM, IIIB and IIIM according to the types of oxygenator. The results were as follows: 1. The platelet counts were reduced throughout extracorporeal circulation and in the early postoperative periods upto postoperative third day. 2. The platelet counts after postoperative 9th to 11th day increased significantly compared with those of preoperative levels. 3. After extracorporeal circulation, the platelet recovered gradually in all groups, especially faster in group I compared with those of group II and III. 4. The effect of the type of oxygenator on the recovery of platelet count was not significant. In conclusion, extracorporeal circulation time influenced the change of platelet count. Therefore, in order to prevent of decrease of platelet count associated with extracorporeal circulation time, the extracorporeal circulation time should be shortened.
An oxygenator is a very important artificial organ and widely used for patients with lung failure or during open heart surgery. Although an oxygenator has been widely studied worldwide to enhance its efficiency, studies on oxygenators, in particular when using a pulsatile blood flow, are domestically limited. Therefore, a new oxygenator was developed in the lab and animal experimental results are described in the paper. The oxygenator is composed of polycarbonate housing and polypropylene hollow fibers. It has a total length of 400 mm and a surface area of $1.7 m^2$. The animal experiment lasted for 4 hours. The blood flow rate was set to 2 L/min and a pulsatile blood pump, T-PLS (Twin-Pulse Life Support), was used. Samples were drawn at the oxygenator's inlet and outlet. The total hemoglobin (Hb), saturation oxygen ($sO_2$), and partial oxygen pressure ($pO_2$), partial $CO_2$ pressure ($pCO_2$), and plasma bicarbonate ion concentration ($HCO_3^-$) were measured. The oxygen and carbon dioxide transfer rates were also calculated based on the experimental data in order to estimate the oxygenator's gas transfer efficiency. The oxygen and carbon dioxide transfer rates were $16.4{\pm}1.58$ and $165.7{\pm}10.96 mL/min$, respectively. The results showed a higher carbon dioxide transfer rate was achieved with the oxygenator. Also, the mean inlet and outlet blood pressures were 162.79 and 137.92 mmHg, respectively. The oxygenator has a low pressure drop between its inlet and outlet. The aim of own preliminary study was to make a new oxygenator and review its performance when applying a pulsatile blood pump thus, confirming the possibility of a new oxygenator suitable for pulsatile flow.
Since the open heart surgery was performed, various kinds of problem concerning the extracorporeal circulation[EGG] have been known. The author investigated the changes of serum potassium ion before and after ECC among the 102 patients including 63 adults and 39 children who underwent open heart surgery from April 19S6 to February 1990 in Chung-Ang University Hospital. The mean values of potassium ion before and after ECC were analyzed according to the influencing factors such as priming solution, aortic cross clamping time, the underlying disease, the type of oxygenator and the amount of cardioplegic solution. The results were as follows: l. In the aspect of congenital and acquired heart disease groups, the mean values of serum potassium ion[Mean\ulcornerS.D.] before and after ECC revealed a significant change only in the acquired heart disease group[congenital; 3.87$\pm$0.48mEq /L vs. 4.05$\pm$0.73mEq /L, P>0.05, acquired: 4.40 $\pm$0.98mEq /L vs. 4.11$\pm$0.52mEq /L, P<0.05]. Between the two groups, the changes of the mean values of serum potassium ion before and after ECC were significant[P<0.05]. But all values were within normal limits. 2. In the aspect of the aortic cross clamping time[ACCT], in the groups of less or more than 120 minutes, the mean values of serum potassium ion before and after ECC revealed no significant change[less than 120 min; 3.97+-0.64mEq /L vs. 3.99+0.67mEq /L, P>0.05, more than 120 min; 4.34+0.82mEq /L vs. 4.27+0.62mEq /L, P>0.05], and The changes of mean values of serum potassium ion between the two groups were not significant[P>0.05]. 3. In both membrane and bubble oxygenator groups, the mean values of serum potassium ion before and after ECC did not reveal a significant difference respectively [membrane; 4.74 +1.40mEq /L vs. 4.28+0.3lmEq /L, P>0.05, bubble; 4.02 +0.60mEq /L vs. 4.05 L0.68mEq/L, P>0.05], and no differences between the membrane and bubble oxygenator groups[P >0.05]. 4. In the groups of membrane and bubble oxygenator in the cases of ACCT more than 120 minutes, the mean values of serum potassium ion before and after ECC did not reveal a significant difference respectively[membrane; 4.36$\pm$0.85mEq /L vs. 4.37$\pm$0.26mEq /L, P>0.05, bubble; 4.30 $\pm$0.80mEq/L vs. 4.23$\pm$0.67mEq/L, P>0.05], and no differences between the two groups[P>0.05]. 5. In spite of increased amount of cold potassium cardioplegic solution, the mean values of serum potassium ion before ECC were similar to those of serum potassium ion after ECC[less than 20ml /kg
The hollow fiber oxygenator is the most advanced one for the cardiopulmoanry bypass. They have two different types of the hollow fiber systems according to the way how the blood go through the fibers. One is inside blood flow type and the other outside type. In order to find out which is better to prevent blood cell destruction, we selected 40 valve replacing patients and divided them into 2 groups prospectively. In group I [n=20], inside blood flow type[BCM-7a], CO2 excretion is more effective than group II, that is partly because of the relative large surface area of the BCM-7. In group II [n=20], outside blood flow type [MAXIMAa], they have better quality to preserve platelet count. We also studied about several other items such as SaO2, Hemoglobin and RBC, WBC, fibrinogen, LDH, plasma hemoglobin, haptoglobulin and so on. But we cannot find any differences between two groups with any statistical meanings [p<0.05]. We conclude that both of two oxygenators are excellent in the aspects of gas exchange and blood cell preservation.
Background: Complement activation with transpulmonary leukocyte sequestration is considered a main mediator leading to ischemia-reperfusion lung(I-R) injury. We studied the role of leukocytes in the formation of I-R injury in ovine cardiopulmonary bypass(CPB) model with a membrane oxygenator. Material and Method: Five sheep were used. CPB circuitry consisted of a roller pump(American Optical Corp., Greenwich, CT, USA) and a membrane oxygenator(UNIVOX-IC, Bentley, Baxter Health Corp, Irvine, CA, USA). The CPB time was fixed at 120 min. Ten minutes after the start of CPB, total CPB was established. Thereafter a total CPB of 100 min was performed, followed by another 10 min of partial CPB. The CPB was discontinued and the animals were fully recovered. For measuring left and right atrial leukocyte counts, blood samples were taken before thoracotomy, 5 min and 109 in after the start of CPB, and 30 min and 120 min after weaning. C3a was measured before thoracotomy, 109 min after the start of CPB, and 30 min and 120 min after weaning. Plasma malondialdehyde(MDA) was checked before thoracotomy, 109 min after the start of CPB, and 30 min after weaning. One to two grams of lung tissue were taken for water content measurement before thoracotomy, 109 min after the start of CPB, and 30 min after weaning. Lung biopsy specimens were examined by light and electron microscopy. Result: Of 5 animals, 4 survived the experimental procedures. Of these, 3 animals survived on a long-term basis. No significant differences in transpulmonary gradients of leukocyte were found and no significant complement activation was expressed by C3a levels. MDA level did not show significant changes related to lung reperfusion despite an increase after the start of CPB. On both light and electron microscopic examinations, mild to moderate acute lung change was observed. Interstitial edema, leakage of erythrocytes into the alveolar space and endothelial cell swelling were the main findings. Water content of the lung showed a slight increase after the start of CPB, but there was no statistical significance. Conclusion: These findings indicate that ischemia-repersusion lung injury may not be from complement activation-leukocyte sequestration but from another source of oxygen free radicals related to CPB.
Hemorrhagic tendency observed in open heart surgery patients has been attributed, among other causes, to increased fibrinolytic activity during extracorporeal circulation. But the exact mechanism of enhanced fibrinolytic activity which occurs during extracorporeal circulation is still unknown. So, we studied and compared the changes of parameters of fibrinolytic and protein C system according to time obtained from the plasma of 31 adult open heart surgery patients[EGG group] and 10 adult general thoracic surgery patients[control group], in order to confirm the hypothesis that the activated protein C system might affect the fibrinolytic system during extracorporeal circulation. In ECC group, the nature of the enhanced fibrinolytic activity that evolved during extracorporeal circulation was characterized by significant increase in fibrin degradation products[P < 0.01] and significant decrease in plasminogen and alpha2-antiplasmin[P < 0.05, P < 0.01] in spite of adequate amount of heparin administration. These changes were most pronounced in the early phase of extracorporeal circulation and normalized after termination of extracorporeal circulation. The results of these observations were the same after volume correction with the value of hematocrit. The change of volume corrected protein C ratio during extracorporeal circulation revealed similar pattern to those of plasminogen and alpha2-antiplasmin [P < 0.01], but volume corrected ratio of free protein S showed significant increase after the commencement of extracorporeal circulation then decreased after extracorporeal circulation. Although the above mentioned changes occur similarly in both bubble type oxygenator-used and membrane oxygenator-used patients groups, but the degree of decrease was more severe in membrane oxygenator-used patients group [P < 0.01] and showed much slower recovery to reach to the preextracorporeal circulation level. These results confirm the hypothesis that the enhanced fibrinolysis during extracorporeal circulation might be caused by the activation of protein C system and the activation is possibly linked to the appearance of thrombin from contact activation of blood after wide exposure to the synthetic surfaces of extracorporeal circuit. Key words: Extracorporeal circulation, Enhanced fibrinolysis, Protein C system.
Previous trials for development of a pulsatile-Extracorporeal Life Support had some defects such as insufficient blood flow, high pressure at its membrane oxygenator and the high risk of blood cell damage. To solve those problems of previous pulsatile-ECLSs, we suggest dual pulsatile blood pump structure for the new pulsatile-ECLS. Two pulsatile pumps areconnected in a parallel manner and this new structure raises the inflow capacity and efficiency and it decreases the high blood pressure at membrane oxygenator. In in-vitro experiments, The Energy Equivalent Pressure Increment(EEP inc.) was 10%, and it showed that its pulsatilty was $5{\sim}10$ times higher than other commercial ECLS In in-vivo experiments, we had applied a new pulsatile-ECLS to 30 Kg pigs and a new pulsatile-ECLS couldsupport high blood flow and pulsatility above 2 L/min, 10% EEP inc.
An enhancement of the oxygen transfer rate in a 1$\ell$ bioreactor for mammalian cell culture by using a silicone rubber tubing as an oxygenator was investigated. When the silicone membrane was used to supply oxygen to the culture broth, the oxygen transfer coefficients ($k_{\iota}a$) measured in deionized-distilled water were markedly increased. Effect of surface aeration without the tubing aeration was very low under $1.0hr^{-1}$ of $k_{\iota}a$. The enhancing effects of agitation rates on $k_{\iota}a$ were much more effective than those of aeration rates. The increase of $k_{\iota}a$ with increasing tube length was observed as a result of the large surface area for oxygen supply. However, 2 m of the tube length was adequate for a 1$\ell$ vessel. The larger blade type of impeller was effective to enhance the kLa values because of its high mixing intensity. In culture medium supplemented with 5% serum, kLa values were reduced to approximately 40% probably due to the viscosity. We also obtained the normal cell concentration of $5{\times}10^6$ cells/m$\ell$ of HepG2 on microcarriers, which could be achieved in a typical bioreactor for animal cell culture.
Kim, Jae-Yeol;Song, Min-Jong;You, Sin;Ma, Sang-Dong;Kim, Chang-Hyun
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.09a
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pp.13-18
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2001
The ECMO system, including umbilical cord and membrane type oxygenator was connected with extracorporeal circulation unit, was applied to the fetus growth model of goat. The maximum survival time of goat fetus was 48 hours. Average blood rate for the extracorporeal circulation was $223{\pm}15.2 ml/min.$ The survival time of fetus was deeply related to body temperature, blood circulation and water temperature, anesthetized time, and fetus weights. Extern variables that are composed of anesthetized time, fetus weights, change of hemoglobin, circuit pressure, related to the survival time for fetus corrected the problem of previous ECMO model that is controlled by roller pump. It is directly delivered to heart on load. Applying the results from new ECMO model, further research will provide to the system of ECMO for human.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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