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. lromero@favaloro.edu.ar 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.