Thorac Cardiovasc Surg 1992; 40(3): 121-125
DOI: 10.1055/s-2007-1020128
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Temporary Lung Support Using an Intravascular Gas Exchanger

Temporäre Lungenunterstützung mit Hilfe eines intravaskulären GasaustauschersL. K. von Segesser, B. M. Weiss1 , M. Pasic, H. P. Friedl2 , M. Lachat, B. Leskosek, M. Spiess, M. I. Turina
  • Clinic for Cardiovascular Surgery, University Hospital, Zürich, Switzerland
  • 1Institute for Anesthesiology, University Hospital, Zürich, Switzerland
  • 2Clinic for Traumatology, University Hospital, Zürich, Switzerland
Further Information

Publication History

1992

Publication Date:
19 March 2008 (online)

Summary

Severe respiratory failure may be difflcult to overcome by conventional mechanical Ventilation. As an alternative to the very demanding lung support using various modalities of extracorporeal circulation (ECMO, ECLA, etc.) we evaluated an intravascular gas exchanger (IVOX) in a “reversible” bovine model. Several degrees of hypoventilation were studied with and without intravascular gas exchange in 5 endotracheal intubated, anaesthetized, and volume-controlled ventilated animals (body weight 73 ± 4 kg). After systemical heparinization (300 IU/kg body weight) the animals were instrumented with EKG electrodes, thermodilution pulmonary artery catheter with continuous measurement of O2-saturation, central venous and femoral arterial catheter, etc. The intravascular gas exchanger made from siliconized microporous polypropylene hollow fibres was placed in the caval veins under radiofluoroscopic control.

The following scenarios were studied without and with intravascular gas exchange (gas inlet 100% O2): Normoventilation (with 14-20 strokes/min) at FIO2 0.50 and at FIO2 0.21; Hypoventilation (Ventilator frequency reduced to 50% and tidal volume reduced to 50% of normoventilation) at FIO2 0.50 and at FIO2 0.21. Hemodynamics, mixed venous O2-saturation, arterial and venous blood gases, and gas-exchanger exhaust were analyzed after stabilization over 15 minutes (mean ± standard deviation). Blood gas analyses showed significant improvement with intravascular gas exchange during hypoventilation at FIO2 0.21: pH moved from 7.10 ± 0.17 to 7.19 ± 0.15*, Paco2 moved from 9.9 ± 4.2 kPa to 8.7 ± 2.8*, Pao2 moved from 6.5 ± 1.2 kPa to 7.3 ± 0.8* and mixed venous O2-saturation moved from 33.9 ± 16.0% to 48.1 ± 4.6* (* = p < 0.05 for without versus with intravascular gas exchange). We conclude that blood gas levels may be significantly improved by the intravascular gas exchanger in this bovine model of “reversible” respiratory insufficiency and that the efficacy of the device increases with worsening respiratory insufflciency.

Zusammenfassung

Schwere respiratorische Insuffizienz ist mit herkömmlicher mechanischer Ventilation oft schwierig zu beherrschen. Als Alternative zur in diesen Fällen notwendigen Lungenunterstützung mittels extrakorporalem Kreislauf (ECMO, ECLA, etc.) wurde ein in die Vena cava einführbarer Gasaustauscher (IVOX) experimentell untersucht. Dazu wurde ein “reversibles”, bovines Hypoventilationsmodell herangezogen (n = 5, 73 ± 4 kg Körpergewicht, endotracheale Intubation, allgemeine Anästhesie, volumenkontrollierte Beatmung).

Nach systemischer Heparinisierung (300 IE/kg) und Instrumentierung (EKG, Thermodilutionspulmonaliskathether mit kontinuierlicher Sauerstoffsättigungsmessung, zentralvenöser und arterieller Katheter, Blasenkatheter) wurde das aus mikroporösen Polypropylenhohlfasern hergestellte Gerät in der Cava-Achse unter Kontrolle mit dem Bildverstärker plaziert.

Folgende Szenarien wurden ohne und mit intravaskulärem Gasaustauscher (Gaseinlaß 100% O2) untersucht: Normoventilation (Beatmungsfrequenz 14-20) bei FIO2 0,50 und FIO2 0,21; Hypoventilation (Atemminutenvolumen 50% und Atemfrequenz 50% der Parameter bei Normoventilation) bei FIO2 0,50 und FIO2 0,21. Nach Stabilisierung über 15 Minuten wurden jeweils neben der Hämodynamik gemischt venöse Sättigung, Blutgase und Gasaustauscherabgase gemessen (Mittelwerte ± Standardabweichung). Die Blutgasanalysen bei Hypoventilation mit FIO2 von 0,21 zeigten dann jeweils beim Einschalten des intravaskulären Gasaustauschers eine signifikante Verbesserung: pH stieg von 7,10 ± 0,17auf 7,19 ± 0,15*, Paco2 sank von 9,9 ± 4,2 kPa auf 8,7 ± 2,8*, Paco2 stieg von 6,5 ± 1,2 kPa auf 7,3 ± 0,8 und die gemischt venöse Sauerstoffsättigung stieg von 33, 9 ± 16,0% auf 48,1 ± 4,6* (* = p < 0,05 für ohne versus mit). Wir folgern, daß bei diesem Modell mit kritischer respiratorischer Insuffizienz die Blutgase mittels intravaskulärem Gasaustauscher signifikant verbessert werden können und, daß die Wirksamkeit des Gerätes sich mit zunehmender respiratorischer Insuffizienz erhöht.