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Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
EVALUACIÓN DEL ÍNDICE NORMALIZADO DE HEMÓLISIS
EN DISPOSITIVOS DE ASISTENCIA CIRCULATORIA.
L. Romero, P. Chiuchiarelli, E. de Forteza
Grupo de Investigación en Asistencia Circulatoria Mecánica, Fundación Favaloro, Buenos Aires, Argentina.
Av. Belgrano 1748, (1093) Buenos Aires, Argentina.
[email protected]
RESUMEN
Muchos investigadores han intentado desarrollar una
bomba de sangre atraumática. La hemólisis es uno de los
parámetros más importantes del trauma sanguíneo
inducido por las bombas de sangre. Para evaluar dicho
trauma, se recurrió a la determinación del Índice
Normalizado de Hemólisis (N.I.H.: Normalized Index of
Hemolysis) de acuerdo a la normativa F 1841-97 de la
American Society for Testing and Materials (ASTM). En
el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos al
evaluar la bomba centrífuga BP-80 de Biomedicus.
Palabras clave: bombas de sangre, bombas centrífugas,
hemólisis, trauma sanguíneo, índice normalizado de
hemólisis (N.I.H.).
1. INTRODUCCIÓN
sangre, de 500cc, con el cabezal de la bomba. Al segmento
que conduce la sangre desde el reservorio hacia la bomba,
lo denominaremos rama entrante, al segmento que lleva la
sangre desde la bomba al reservorio lo llamaremos rama
saliente. En la rama entrante se encuentran ubicados dos
(2) conectores: uno para realizar las extracciones de las
muestras (próximo al reservorio), y el otro para sensar la
presión de entrada a la bomba, justo antes de la misma. En
la rama saliente encontramos, desde la bomba al
reservorio, un conector para el sensado de la presión de
salida de la bomba, un oclusor para poder obtener las
condiciones de trabajo deseadas (flujo=5L/min,
∆PBOMBA=100mmHg), un sensor ultrasónico de flujo, y un
sensor de temperatura. Este último está conectado con un
sistema de acondicionamiento de temperatura que,
regulando la temperatura de un baño de agua dentro del
cual se encuentra ubicado el reservorio de la sangre,
mantiene la temperatura de la sangre en el valor
seleccionado (tº=37ºC).
El objetivo que se busca al diseñar dispositivos mecánicos
de asistencia circulatoria, es el de remplazar o suplir la
función del corazón humano. Como resultado, bombas
sanguíneas de flujo continuo, incluyendo bombas de
rodillos y bombas centrífugas, son empleadas a menudo en
clínica para circulación extracorpórea. No son empleadas
sólo como bypass cardiopulmonar en cirugía cardíaca de
rutina, sino también para asistencia ventricular, soporte
cardiopulmonar percutáneo, y oxigenación de membrana
extracorpórea (ECMO).
Uno de los inconvenientes
El desarrollo de un corazón mecánico satisfactorio ha sido
durante un largo tiempo objeto de especulación y ambición.
El aumento en el empleo de circulación extracorpórea
2. METODOLOGÍA
Las determinaciones del Índice Normalizado de Hemólisis
(N.I.H.) fueron llevadas a cabo empleando una bomba
centrífuga de circulación extracorpórea, modelo
Biomedicus BP-80. Tanto la configuración del banco de
ensayos in-vitro como el protocolo de experimentación
empleado, se basó en la normativa F 1841-97 de la ASTM.
Descripción del Sistema
En la figura 1 se muestra un esquema del banco de
experimentación. El mismo consiste en un circuito cerrado
de 2 (dos) metros de longitud con tubuladuras de PVC de
3/8’ de diámetro interno, dividido en dos ramas de un (1)
metro cada una. Ambas ramas conectan el reservorio de
Fig. 1: Set-up experimental para la determinación del Índice Normalizado de
Hemólisis (N.I.H).
Los sensores de presión y flujo se encuentran conectados a
un sistema de adquisición y procesamiento digital,
controlado por una computadora tipo PC (Pentium II, 300
MHz). El programa que se encarga de monitorear los
valores de presión y flujo fue desarrollado por nuestro
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00297
grupo empleando el paquete de programación Labview®
de National Instruments.
lineal a la curva obtenida, es tomada como el N.I.H.
siempre y cuando el coeficiente de correlación (R) sea
mayor o igual a 9.
Procedimiento experimental
El objetivo de este ensayo es el determinar el grado de
hemólisis provocado por un dispositivo mecánico de
asistencia circulatoria (en nuestro caso, la bomba BP-80)
sobre la sangre circulante. Para tal fin se empleó sangre
bovina, obtenida de acuerdo a la normativa F 1830 de la
ASTM. El volumen total del sistema, considerando
reservorio y sangre circulando en las tubuladuras, es de
500 cc.
Antes de ingresar la sangre al sistema, el mismo se llena
con solución fisiológica, y se la hace circular durante cinco
(5) minutos. Posteriormente, se vacía el circuito
completamente, y se incorpora la sangre. Esta ingresa al
sistema por gravedad. Luego se hace circular la sangre
durante cinco (minutos), previa eliminación de todas las
posibles burbujas que se encuentren en el sistema. La
velocidad de rotación de la bomba, y el oclusor presente en
la rama saliente son ajustados de modo tal de obtener las
condiciones de trabajo apropiadas (flujo=5L/min,
∆PBOMBA=100mHg). Al terminar los cinco minutos se toma
una muestra de 5mL desde el punto de muestra, empleando
una jeringa. Esta muestra es considerada como muestra
Basal. Después, con un intervalo de 30 min. entre cada
muestra, se repite el procedimiento de extracción, hasta
cubrir un total de 3 horas. Las muestras son enviadas a un
laboratorio de análisis bioquímicos, en donde se determina
el valor de hematocrito, hemoglobina total y hemoglobina
libre en plasma para cada una. La determinación de la
hemoglobina total y de la hemoglobina libre en plasma, fue
lograda aplicando el método de Cripps [2][3]. Estos valores
son empleados para el cálculo del índice normalizado de
hemólisis.
Cálculo del N.I.H.
De acuerdo a la normativa F 1841-97 de la ASTM,
el Índice Normalizado de Hemólisis se define como:
N.I.H .[g / 100L ] = ∆ free Hb × V ×
100 − Ht 100
×
100
Q×T
siendo:
∆freeHb: incremento de la concentración hemoglobina libre
en plasma (g/L) durante el intervalo de tiempo entre
muestras;
V: volumen total del circuito (L);
Q: tasa de flujo (L/min);
Ht: hematocrito (%);
T: intervalo de tiempo entre muestras (min).
Los datos proporcionados por el laboratorio se cargan en
una planilla de Excel, conjuntamente con los datos
registrados durante la experiencia.
Previo reordenamiento de los términos de la ecuación del
N.I.H., se grafica la hemoglobina libre en plasma
multiplicada por el hematocrito (como fracción de 1) en
función del número pasante, definido como el flujo por el
tiempo por unidad de volumen. La pendiente del ajuste
3. RESULTADOS
A continuación se presentan los valores de N.I.H.
obtenidos en las diferentes experiencias (Tabla I). Las
experiencias se llevaron a cabo con tres especímenes
bovinos diferentes. Para cada uno de ellos se presentan los
resultados como valor medio y su desviación estándar
correspondiente. Finalmente se toma el mayor valor de
N.I.H. como valor característico de la bomba (Tabla II).
Tabla I
Resumen de los resultados experimentales
Animal Empleado
537
538
539
N.I.H.
0.0038
0.0063
0.0013
0.0046
0.003
0.0041
0.0079
0.0011
R
0.999
0.97
0.97
0.9
0.97
0.94
0.95
0.99
Tabla II
N.I.H. para cada animal, expresado como valor
medio ± desviación estándar; y valor característico de la
bomba evaluada (mayor valor de N.I.H.)
Animal Empleado
537
538
539
N.I.H. (V.M. ±D.S.)
0.0038 ± 0.0025
0.0038 ± 0.0011
0.0044 ± 0.0034
N.I.H.CARACT.= 0.0044 ± 0.0034
4. DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos a partir del cálculo del N.I.H.
muestran gran similitud en sus valores medios para los
animales estudiados. Sin embargo cabe destacar la gran
dispersión intra-animal (coef. variación[D.S./V.M.]=78%).
Esto puede deberse principalmente a un tiempo total de
estudio demasiado corto.
La normativa en la cual se basó este procedimiento estipula
una duración total del mismo de 6 horas, con toma de
muestras a intervalos de 1 hora. Por problemas de
infraestructura, debimos reducir el tiempo a 3 horas, con
toma de muestras cada 30 minutos. Si bien el número total
de muestras coincide (7, contando la muestra Basal del
minuto cero), es evidente que al momento de realizar la
determinación del valor del N.I.H., nos encontramos en
una zona en la que todavía no se alcanza la estabilidad del
sistema. Sin embargo, la coherencia obtenida entre los
valores medios nos hace pensar que con sólo aumentar la
duración de las experiencias se conseguirá solucionar el
problema de la gran dispersión obtenida.
5. CONCLUSIONES
La necesidad de poder caracterizar apropiadamente el daño
que causará a la sangre un dispositivo de asistencia
circulatoria justifica el perfeccionar esta práctica.
Si bien se debería estudiar también el daño impuesto por
las bombas de sangre sobre las plaquetas y los leucocitos
(glóbulos blancos), la hemólisis provocada por el
dispositivo es considerada como el trauma sanguíneo más
significativo.
El procedimiento empleado para el cálculo del N.I.H.
permite tener bajo control varios parámetros intervinientes
en el mismo: temperatura, flujo, presiones, etc. Esto
permite a su vez, asegurar que el daño sufrido por la
sangre es debido sólo al dispositivo de bombeo, y no a
agentes externos al mismo. De esta manera es posible
caracterizar al dispositivo bajo estudio. Cabría continuar
con nuevos ensayos de mayor duración para solucionar los
problemas de dispersión de valores intra-sujeto.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
F 1841 – 97. “Standard Practice for Assessment of Hemolysis in
Continuous Flow Blood Pumps”. Annual Book of American Society
for Testing and Materials (ASTM) Standards. pp 1-5.
Cripps CM. “Rapid Method for the estimation of plasma haemoglobin
levels”. Journal of Clinical Pathology, vol. 21, pp. 110-111, 1968.
Karp WB. “Hemoglobin in the Plasma of infants on ECMO by
Multiple Wavelength Spectophotometry”. Pediatrics Online, Medical
College of Georgia, June 1995. www.mcg.edu/PedsOnL/
EVALUATION OF THE NORMALIZED INDEX OF
HEMOLYSIS IN CIRCULATORY ASSIST DEVICES.
ABSTRACT
Many investigators have attempted to develop an atraumatic blood pump. Hemolysis is one of the most important
parameters of blood trauma induced by blood pumps. For the evaluation of that trauma, the Normalized Index of
Hemolysis (N.I.H.) was determined, based on the F 1841-97 standard of the American Society for Testing and
Materials (ASTM). In the present work we present the results obtained from the evaluation of the centrifugal
pump BP-80 of Biomedicus.