science-review.ru
Существующая в настоящее время детальность служб крови и трансфузиологии регламентируется Федеральным законом «О донорстве крови и ее компонентов» от 20.07.2012 № 125-ФЗ. Кроме того, она периодически актуализируется введением поправок или редакций. Настоящий Федеральный закон устанавливает правовые, экономические и социальные основы развития донорства крови и ее компонентов в Российской Федерации в целях организации заготовки, хранения, обеспечения ее безопасности и клинического использования [1], а также охраны здоровья доноров крови и ее компонентов, реципиентов и защиты их прав [2, 3].
В последнее время в трансфузиологии активно внедряются технологии быстрого замораживания, размораживания и подогрева компонентов крови. Несоблюдение правил размораживания плазмы перед переливанием сопряжено с инактивацией факторов свёртывания крови. Таким образом, современные устройства должны успешно и без повреждений размораживать криоконсервированные эритроциты, что регламентируется ГОСТ Р 52938-2008. Следует отметить, что переливание холодной эритроцитной массы может вызвать [4] и усугубить гипотермию с различными патологическими проявлениями [5, 6]. Однако чрезмерное согревание их опасно из-за развития гемолитической иммунной реакции [7]. В [8] показано, что при превышении температуры разморозки в 37 °C увеличивается свободный гемоглобин.
Согласно техническому регламенту о требованиях безопасности крови и ее продуктов, компоненты донорской крови необходимо размораживать до целевой температуры с помощью специального оборудования, что регламентируется ФЗ № 125-ФЗ от 20.07.2012. Размораживатели должны обеспечивать безопасное размораживание биологических объектов, а именно точный температурный контроль (±1 °C) и равномерный нагрев по всему объему пакета с кровью.
Наиболее распространенным инструментальным методом для размораживания биологических объектов сегодня является размораживание методом водяной бани. Так как размораживание происходит в жидкости, то температура крови внутри пакета оценивается относительно температуры теплоносителя, что в свою очередь не гарантирует точность показателя температуры внутри пакета.
Целью данного исследования является разработка технических средств для быстрой высокоточной разморозки криоконсервированных продуктов крови. Отметим, что на сегодняшний день слабо представлены исследования, посвященные моделированию размораживания криоконсервированных продуктов крови для трансфузионно-инфузионной терапии. Таким образом, при разработке технических средств быстрой высокоточной разморозки криоконсервированных продуктов крови фундаментальной является задача разработки программного решения для моделирования систем размораживания.
Материалы и методы исследования
В трансфузиологической практике широко используются нижеперечисленные методы размораживания и подогревания продуктов крови и инфузионных растворов.
1. Метод размораживания в жидкости (водяная среда в виде теплоносителя), или контактный метод. Названный метод осуществляется на практике одним из следующих способов: принцип водяной бани, разморозка в турбулентных потоках жидкости. размораживание путём нагрева воды СВЧ излучением.
Принцип водяной бани.
В настоящее время применяется, как правило, ручной метод водяной бани. Этот метод обычно использует специализированные аппараты с автоматическим контролем температуры [9].
Разморозка в турбулентных потоках жидкости.
Способ размораживания препаратов крови, преимущественно плазмы крови, включает погружение пластиковых пакетов с замороженной до температуры от -25 до -30 °C и ниже плазмой в ванну с водой до полного оттаивания при температуре воды не выше 8 °C или от +35 до +37 °C при турбулентном смывании мешков [10].
Размораживание по принципу нагрева воды СВЧ излучением и периодическим толканием контейнера крови.
В экранированной рабочей камере осуществляется нагрев воды СВЧ излучением [11], контроль осуществляется датчиками температуры. Для защиты биологического материала используют цилиндрическую емкость из диэлектрического материала с сетчатыми вставками.
2. Бесконтактный метод (полимерный контейнер с кровью не контактирует с водой). В этом случае конкретная реализация осуществляется с помощью следующих способов: сухой обогрев, разморозка с использованием изолированной воды как теплоносителя, размораживание СВЧ излучением.
Сухой обогрев.
Процесс размораживания и/или подогрева трансфузионных сред в пластиковых контейнерах форсированным воздушным потоком от подогревающей пластины по принципам принудительной конвекции и теплопроводности. Движение воздуха в направлении подогревающей пластины предотвращает образование конденсата на поверхности контейнера [12].
Разморозка с использованием изолированной воды как теплоносителя.
Между двумя подушками, наполненными водой, помещается до четырех пакетов с кровью или плазмой. Во время этого процесса вода закачивается в подушки, где она постоянно циркулирует. Этот процесс сухого отпуска гарантирует равномерное температурное распределение с умеренными флуктуациями водяного потока [13].
Размораживание СВЧ излучением.
Известно устройство для размораживания продуктов крови [14], в котором теплопередача осуществляется активным образом, путем воздействия на размораживаемый продукт микроволновой энергией. Устройство представляет собой металлический короб для размещения контейнера с размораживаемой кровью, имеющий дно, боковые стороны и металлическую крышку. Короб установлен на вращающемся поддоне внутри микроволновой печи. В крышке и дне короба выполнены отверстия для прохода микроволнового излучения. Вдоль отверстий установлены абсорбирующие излучение полоски и отражающие его на контейнер с кровью. Отверстия позволяют микроволновой энергии концентрироваться на большей части контейнера с кровью, в то время как края контейнера защищаются металлическим коробом [15].
Результаты исследования и их обсуждение
а) б)
в) г)
Размораживатели криоконсервированных продуктов крови: а) «Плазмотерм-4» (ООО «НПИ фирма «Гиперион», Москва, Россия); б) «Лидмелт» (Leadmelt) (ООО «Лидкор», Екатеринбург, Россия); в) SAHARA III (TRANSMED Medizintechnik GmbH & Co., Бад-Вюнненберг, Германия); г) Barkey Plasmatherm (Barkey GmbH & Co. KG, Леопольдсхёэ, Германия)
Ни рисунке, а, представлено устройство для размораживания криоконсервированных продуктов крови «Плазмотерм-4» производства ООО «НПИ фирма «Гиперион» (Москва, Россия), предназначенное для размораживания продуктов крови. Данное устройство реализует размораживание плазмы в полимерных контейнерах (одновременное размораживание четырех контейнеров), а также размораживание эритроцитной массы в полимерных или алюминиевых контейнерах (одновременное размораживание двух контейнеров).
Устройство может использоваться в отделениях трансфузиологии, переливания крови, гравитационной хирургии крови, отделениях хирургического и реанимационного профиля, операционных и в других подразделениях лечебно-профилактических учреждений, где применяются компоненты и препараты донорской крови [16].
Устройство представляет собой термостатируемую ванну, в которой находится вода, подогретая до необходимой температуры. Контейнеры с продуктами крови размещаются в специальной корзине из нержавеющей стали, которая периодически встряхивается электродвигателем, при этом существенно снижается время размораживания [17].
Данный размораживатель сохраняет факторы крови за счет быстрого размораживания, что подтверждено клиническими испытаниями в Гематологическом научном центре, Военно-медицинской академии им. Кирова, Военно-клиническом госпитале им. Бурденко. На основании их рекомендаций была создана такая конструкция, которая позволяет гарантированно получить положительные результаты при размораживании плазмы. В таблице приведены основные параметры данного устройства [18, 19].
Сравнительная таблица радиоэлектронных средств для размораживания криоконсервированных продуктов крови
|
Модель (производитель) |
«Плазмотерм-4» (ООО «НПИ фирма «Гиперион», Москва, Россия) |
«Лидмелт» (Leadmelt) (ООО «Лидкор», Екатеринбург, Россия) |
SAHARA III (TRANSMED Medizintechnik GmbH & Co., Бад-Вюнненберг, Германия) |
Barkey Plasmatherm (Barkey GmbH & Co. KG, Леопольдсхёэ, Германия) |
|
Вместимость |
от 1 до 4 контейнеров |
от 1 до 4 контейнеров объемом до 500 мл |
от 3 контейнеров |
от 1 до 4 контейнеров по 500 мл или 2 контейнера по 800 мл |
|
Теплоноситель |
Вода |
Недистиллированная вода |
Нагретый воздух |
Пластиковый контейнер с водой |
|
Потребляемая мощность |
не более 2600 Вт |
не более 1500 Вт |
не более 530 Вт |
< 0,25 Вт в режиме ожидания 35 Вт в неактивном состоянии 55 Вт при непрерывной работе 37 °С 1600 Вт – максимум |
|
Заданная температура |
от +37 до +45 °С |
от +37 до +45 °С |
от +37 до +45 °С |
от +37 до +45 °С |
|
Контроль температуры |
Микропроцессорный |
Микропроцессорный |
Микропроцессорный |
Микропроцессорный |
|
Тип работы |
Непрерывный |
Непрерывный |
Программный |
Программный |
|
Особенности |
Возвратно-поступательное движение механизма перемешивания |
Модули для фиксации стеклянных флаконов позволяют использовать аппарат для подогревания и помешивания инфузионных растворов |
Прибор исключает образование конденсата на контейнере с кровью |
Принудительное опосредованное перемешивание за счет волнообразного движения пластиковых подушек с теплоносителем |
На рисунке, б, представлен аппарат для быстрого размораживания, подогрева и хранения в теплом виде плазмы, крови и инфузионных растворов «Лидмелт» (Leadmelt) производства компании ООО «Лидкор» (Екатеринбург, Россия).
«Лидмелт» предназначен для быстрого размораживания, подогрева и хранения в теплом виде плазмы, крови, компонентов крови и инфузионных растворов. Аппарат реализует равномерное распределение температуры по всему объему теплоносителя, обеспечивая безопасность процедуры, световая и звуковая система сигнализации своевременно информируют о возникновении аварийных ситуаций, аварийная система автоматически останавливает процесс разморозки при превышении температуры теплоносителя +38 °C. В таблице приведены основные параметры данного устройства.
На рисунке, в, представлен аппарат для размораживания и подогрева крови «SAHARA III» производителя TRANSMED Medizintechnik GmbH & Co. (Бад-Вюнненберг, Германия).
Процесс обогрева, используемый в приборе сухого обогрева «SAHARA III», был разработан и протестирован в рамках научного проекта в Университете Падерборна (Германия). Система аппарата позволяет обогревать препараты крови, такие как цельная кровь, эритроцитарная масса или свежезамороженная плазма крови (СЗП), находящиеся на хранении в отдельных пластиковых гемоконтейнерах, до температуры тела. Сенсорный механизм, специально адаптированный для данного использования, и контрольный прибор, имеющий в своей основе два микропроцессора, способны определять температуру любого препарата для переливания. Значимые параметры процесса обогрева: продолжительность и конечная температура – устанавливаются автоматически для каждого типа препарата крови, что, соответственно, исключает затраты времени персонала на предварительную установку этих параметров. Благодаря исключению вероятности перегрева и унифицированному высокому качеству прогретого препарата крови этот стандартизированный процесс размораживания и подогрева гарантирует максимальную безопасность [20]. Тепло передается от подогревающей пластины к препаратам крови, подлежащим переливанию в соответствии с принципом теплопроводности и от высокотурбулентного, нагретого окружающего воздуха в соответствии с принципом принудительной конвекции [21, 22]. В течение этого процесса устанавливаются температурные градиенты подогревающей пластины и окружающего воздуха, которые контролируются во избежание нагрева поверхностей, контактирующих с трансфузионным материалом, выше максимальной контактной температуры +37 °C [23]. В таблице приведены основные параметры данного устройства.
Заключение
Рассмотренные в настоящей статье устройства являются наиболее популярными на рынке РФ. По описаниям производителей аппаратуры для трансфузиологической практики размораживание компонентов крови в аппаратах, построенных по принципу водяной бани не превышает по времени 20–25 мин. Информация о времени размораживния бесконтактными аппаратами не найдена. Можно отметить явные достоинства бесконтактного метода: отсутствие контакта с водой полимерных контейнеров. Устройство размораживания Plasmatherm не имеет аналогов во всем мире. В частности, ввиду отсутствия прямого контакта с жидким теплоносителем возможно размораживание продуктов крови при более высокой температуре. Соответственно, можно сократить время оттаивания до 10 мин. Недостатком Plasmatherm является наличие закрытой водной системы, объединенной с водонагревательными элементами. После определенного количества циклов оттаивания требуется замена охлаждающей жидкости замкнутой системы и соответствующее обслуживание.
В рамках научного проекта № 20-37-90037 авторами настоящей статьи ведется исследование, посвященное разработке высокоточного метода размораживания криоконсервированных продуктов крови. В рамках взаимодействия с компанией-производителем трансфузиологического оборудования ООО «Лидкор» был опубликован ряд исследований [24, 25], направленных на модернизацию и разработку нового оборудования для трансфузионной терапии на базе текущей продукции компании [26].
Следует отметить, что в текущей ситуации пандемии коронавирусной инфекции 2019-nCoV тема размораживания криоконсервированных продуктов крови является как нельзя более актуальной, так как инфузия плазмы пациентов (с антителами), выздоровевших от 2019-nCoV, к пациентам больным этим заболеванием – это эффективный и проверенный временем метод. Данный метод был успешно использован во время вспышки эпидемии кори в 1930-х гг. и Эболы в 2014 г. Вопрос использования плазмы с антителами выздоровевших пациентов в настоящее время привлекает внимание многих исследователей. Во многих странах этот метод лечения 2019-nCoV все еще тестируется, так как производство плазмы крови – очень долгий и трудоемкий процесс, требующий соблюдения высоких требований к заморозке, разморозке [27, 28] и хранению плазмы [29, 30].
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-37-90037.
Библиографическая ссылка
Жданов А.Е., Доросинский Л.Г., Борисов В.И., Негодяев К.Е., Евдоким Л. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ И ПОДОГРЕВА КРИОКОНСЕРВИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ КРОВИ // Научное обозрение. Технические науки. – 2021. – № 2. – С. 49-55;URL: https://science-engineering.ru/ru/article/view?id=1346 (дата обращения: 23.11.2024).