NeSECC UPTODATE 2014 nr. 1; p.6
In vitro vergelijking van de filtercapaciteit van de Affinity Fusion - en de Quadrox iD oxygenator
Edwin W.M. Bakker EKP, Anouk van der Wal EKP, Kees Visser EKP. Afd. extracorporale circulatie, Medisch Centrum Leeuwarden.
Samenvatting De filtercapaciteit van de recent ontwikkelde Affinity Fusion oxygenator van Medtronic met ingebouwde filterfunctie wordt getest in een laboratoriumopstelling met water. In dezelfde sessie wordt de Quadrox iD oxygenator van Maquet getest ter vergelijking. De filtercapaciteiten worden getest enerzijds door acute introductie van 50 ml lucht vlak voor de oxygenator, anderzijds door langzame introductie van microëmbolieën. Met een volumereductie van 98,7% en een reductie van 91% van het aantal microëmbolieën, bleek de filtercapaciteit van de Affinity Fusion beter dan die van de Quadrox iD. Hierbij is het openlaten van de ontluchtingsshunt een voorwaarde. Introductie
Address for correspondence: E. Bakker Ing, EKP Dept. of Extracorporeal Circulation, Heart Centre, Medical Centre Leeuwarden H. Dunantweg 2, 8901 BR Leeuwarden The Netherlands, e-mail: edwin.
[email protected] Phone: (0)58 2863735 Fax: (0)58 2867742
In eerdere artikelen in NeSECC Uptodate zijn de filtercapaciteiten beschreven die wij vonden voor de Quadrox oxygenator van Maquet en de Capiox oxygenator van Terumo. Daarvoor werden in vitro bepalingen met kraanwater1 en metingen tijdens cardiochirurgische ingrepen2 uitgevoerd met behulp van de GAMPT bubble counter. Het ingebouwde filter van de Capiox bleek beter te functioneren dan de Quadrox met separaat arterieel filter. Tijdens de in vitro experimenten met kraanwater konden microëmbolieën met een goed reproduceerbaar profiel worden aangeboden aan de oxygenatoren. De aantallen en grootte van de microëmbolieën vielen binnen een bereik waarbij van de gebruikte bubble counter kon worden verwacht dat deze betrouwbare resultaten gaf. Ook bij de metingen tijdens chirurgische ingrepen bleek de filtercapaciteit van de Capiox beter dan die van de Quadrox oxygenator met geïntegreerd filter. Daar-
bij dient te worden gezegd dat het betrouwbare bereik van de bubble counter (>200 embolieën per seconde, diameter >500 µm) regelmatig werd overschreden in de klinische tests. De firma Medtronic heeft recent de Affinity Fusion op de markt gebracht, een oxygenator met een dusdanig ontwerp dat embolieën uitgefilterd zouden worden. Voordat het instromende bloed de fibers bereikt wordt het in vortex gebracht. De eventuele gasembolieën worden als gevolg van de vortex naar het midden geleid, waarboven de ontluchtingslijn de lucht afvoert. De structuur van de fibers zelf zou, door progressie van de bundeldichtheid, deeltjes efficiënt verwijderen. Om de filtercapaciteit van de Affinity Fusion te onderzoeken hebben we besloten hiervoor de in vitro experimenten met water te gebruiken. In dezelfde sessie is de Quadrox iD oxygenator met geïntegreerd arterieel filter van Maquet getest om de resultaten van de Affinity Fusion mee te vergelijken. De primaire vraagstelling luidt: worden gasvormige embolieën door de Affinity Fusion tenminste in dezelfde mate weggevangen als door de Quadrox iD? De handleiding van de Affinity Fusion beschrijft dat de premembraan ontluchtingslijn van de oxygenator open moet blijven tijdens gebruik voor het correct verwijderen van accidentele lucht. Voor de Quadrox iD wordt het open of dicht houden van de ontluchtingslijn aan de beslissing van de perfusionist overgelaten. In verband met dit verschil in de handleiding is, in tegenstelling tot in de
NeSECC UPTODATE 2014 nr. 1; p.7
Figuur 1. Extracorporaal circuit met pseudopatiënt.
voorgaande onderzoeken, de ontluchtingslijn open gelaten tijdens de metingen van beide oxygenatoren. De eerste test is tevens uitgevoerd met gesloten ontluchtingslijn om de eventuele noodzaak van een open ontluchtingslijn vast te stellen. Methode Voor het testen van de filtercapaciteit van de betreffende oxygenatoren met geïntegreerd filter werd ons standaard extracorporaal circuit opgebouwd en aangesloten op een 50 liter container (zie figuur 1). Het circuit bevatte een JVR 1900 collapsible veneus reservoirA , Rotaflow-RF32 centrifugaalpumpA, HC 2821 cardiotomie reservoirA en tubingB. Om beurten werden de Affinity Fusion oxygenatorC en de Quadrox iD polypenteen diffusiemembraanA met geïntegreerd arterieel filter, A Maquet, Hirrlingen B Raumedic, Münchberg, Germany C Medtronic, Minneapolis, USA
ingebouwd. De ontluchtingsshunt van de oxygenator draineerde naar het cardiotomie reservoir, dat parallel aan het circuit was aangesloten. Het volume in het cardiotomie reservoir werd op 300 ml gehouden. De druk, gemeten na de oxygenator in de arteriële lijn was 150 mmHg, waarbij de centrifugaalpomp met 3000 rpm een flow van 5 l/min genereerde. De arteriële lijn werd hiervoor distaal van alle componenten en sensoren partieel afgeklemd. Luer lock aansluitingen proximaal van het veneuze reservoir en de oxygenator werden benut ter introductie van lucht. Het geheel werd gevuld met kraanwater bij kamertemperatuur. De Affinity Fusion heeft een Balance® bio-oppervlaktelaagC, het collapsible reservoir een Safeline coatingA en de andere componenten hebben een Bioline coatingA. Voor het meten van microëmbolieën werd gebruik gemaakt van de GAMPT BCC
NeSECC UPTODATE 2014 nr. 1; p.8
200 bubble counterD. De veneuze sensor werd tussen de centrifugaalpomp en de oxygenator geplaatst. De arteriële probe werd achter de oxygenator in de arteriële lijn gepositioneerd. Voor beide sensoren werd een afstand van minimaal 10 cm tot de connectoren en andere componenten van het circuit aangehouden. De GAMPT werd ingesteld op een meetbereik van 20 tot 500 µm. Na elke meting werd het circuit grondig ontlucht totdat er geen embolieën meer werden gedetecteerd door de GAMPT. Voor een serie van 10 metingen werd één oxygenator gebruikt. De oxygenatoren werden op twee manieren getest. In test 1 werd 50 ml lucht vlak voor de oxygenator (zie figuur 1, “arteriële lucht introductie”) in één keer ingespoten en microëmbolieën werden gemeten na de oxygenator. Deze test werd per oxygenator 10 maal uitgevoerd. Vervolgens werd 2 maal per oxygenator de test herhaald, maar dan met een gesloten ontluchtingslijn. Bij test 2 werd 50 ml lucht met behulp van een infusor (Perfusor® fm B.Braun, Germany) geleidelijk gedurende 150 seconden vóór het veneuze reservoir (zie figuur 1, “veneuze lucht introductie”) in het circuit gebracht. Microëmbolieën werden gemeten vóór en na de oxygenator, ter bepaling van de geïntroduceerde en de uittredende microëmbolieën en daarmee de filtratieD Zappendorf, Duitsland
parameters van de te testen oxygenatoren. Vanaf enkele seconden vóór het starten van luchtintroductie tot 4 minuten daarna werden microëmbolieën geregistreerd met de GAMPT. De filtratieparameters number reduction (NumRed), volume reduction (VolRed), mean diameter index (MDI), filtration index (FI) en 95% cut off point werden berekend op de manier die in een eerdere publicatie2 beschreven staat, en weergegeven als gemiddelden van 10 metingen. Statistiek Normaliteit van de verdeling is getest met de Shapiro Wilk test. Vanwege de niet normale verdeling bij de resultaten van test 1 zijn medianen met bijbehorende interkwartielrange bepaald. Significantie van de verschillen tussen de twee groepen is hierbij getest met behulp van de MannWhitney-U test. De resultaten van test 2 waren normaal verdeeld. Hiervan zijn gemiddelden met standaarddeviatie weergegeven. Significantie werd onderzocht met de ongepaarde t-toets. Significantie werd aangenomen bij een P-waarde <0,05. Resultaten Test 1 Zowel bij de Quadrox iD als de Affinity Fusion werden met de GAMPT geen zogenaamde “over range” embolieën (>500 µm) gemeten achter de oxygenator. Er werd slechts 20 nl en 9 nl lucht door de GAMPT gedetecteerd voor respectieve-
Quadrox iD
Affinity Fusion
P-waarde
Volume (nl)
20,2 ± 8,4
8,6 ± 3,1
<0,001
Aantal
314 ± 95
298 ± 85
n.s.
Gemiddelde diameter (μm)
42 ± 2
32 ± 1
<0,001
Maximale diameter (μm)
118 ± 25
127 ± 36
n.s.
Over range (aantal)
0
0
Maximale aantal per seconde
29 ± 6
44 ± 14
n.s.
Tabel 1. Uittredende microëmbolieën na introductie van 50 ml lucht (mediaan ± interkwartielrange).
NeSECC UPTODATE 2014 nr. 1; p.10
lijk de Quadrox iD en de Affinity Fusion (zie tabel 1). Bij twee metingen waarbij de ontluchtingslijn gesloten was werden, na acute introductie van 50 ml lucht vlak voor de oxygenator, visueel luchtbellen waargenomen in de arteriële lijn achter de Affinity Fusion oxygenator. Ook de GAMPT gaf aan in deze metingen respectievelijk 228 en 280 “over range” embolieën te meten. De Quadrox iD liet in deze test met gesloten ontluchtingslijn nog geen visuele lucht of “over range” embolieën zien. Met de GAMPT werd bij deze tests 30,7 en 18,2 nl lucht gemeten in de arteriële lijn achter de Quadrox iD. Test 2 Wanneer 50 ml lucht voor het veneuze reservoir geleidelijk, in 150 seconden, toegediend wordt met behulp van de perfusor meten we vóór de oxygenator een goed reproduceerbare stroom van gemiddeld 22 microëmbolieën per seconde, met een gemiddelde doorsnede van 52 µm (zie tabel 2). Wanneer deze microëmbolieën worden aangeboden aan de oxygenatoren meten we een gereduceerde stroom van 7 en 2 embolieën per seconde met een gemid-
Volume (nl)
597 ± 65
Aantal
3383 ± 287
Gem. diameter (μm)
52 ± 1
Max. diameter (μm)
293 ± 47
Max. aantal/s
49 ± 3
Gem. aantal/s
22 ± 2
Tabel 2. Profiel van de geïntroduceerde microëmbolieën (gemiddelde ± standaarddeviatie).
delde diameter van 42 en 30 μm respectievelijk bij de Quadrox iD en de Affinity Fusion (zie tabel 3). De geteste filtratieparameters zijn allen significant beter voor de Affinity Fusion ten opzichte van de Quadrox iD (zie figuur 2). Discussie In de experimenten reduceert de Affinity Fusion oxygenator gasvormige embolieën prima. Bij de test met introductie van microëmbolieën (test 2) zijn de filtratieparameters beter dan voor de Quadrox iD. Bij introductie van 50 ml lucht vlak voor de oxygenatoren zijn beide oxygenatoren in staat om de lucht te reduceren tot een verwaarloosbare hoeveelheid van enkele nanoliters. Bij de aanvullende test waarbij de ontluchtingslijn wordt gesloten liet de Affinity Fusion visueel zichtbare lucht
Quadrox iD
Affinity Fusion
(gem±stdev)
(gem±stdev)
P-waarde
Volume (nl)
71,0 ± 5,6
7,4 ± 1,0
<0,001
VolRed (%)
88,8 ± 0,9
98,7 ± 0,2
<0,001
Aantal
1112 ± 97
303 ± 32
<0,001
NumRed (%)
68 ± 1
91 ± 1
<0,001
Mean Diam Out (μm)
42 ± 1
30 ± 1
<0,001
MDI (%)
20,0 ± 1,4
41,0 ± 1,6
<0,001
Max Diam Out (μm)
144 ± 14
110 ± 29
<0,01
FI
96,5 ± 0,4
99,9 ± 0,0
<0,001
95% cut off point
116 ± 8
49 ± 2
<0,001
Max aantal/s
20 ± 3
8±1
<0,001
Mean aantal/s
6,8 ± 0,4
2,0 ± 0,0
<0,001
Tabel 3. Uittredende microëmbolieën en reductieparameters na geleidelijke introductie van microëmbolieën.
NeSECC UPTODATE 2014 nr. 1; p.11
Figuur 2. Vergelijking van filtratieparameters van de Quadrox iD - en Affinity Fusion oxygenator. VolRed: volume reduction, NumRed: number reduction, MDI: mean diameter index, FI: filtration index. Significantie, *: p<0,001, # : p<0,01.
door. Ook de GAMPT detecteerde ruime hoeveelheden embolieën groter dan 500 µm. Dit laat duidelijk zien dat de handleiding, waarin vermeld wordt de ontluchtingslijn open te laten tijdens gebruik, niet genegeerd kan worden.
Conclusie
Uit enkele korte aanvullende tests (niet beschreven in dit artikel) bleek dat bij introductie van grotere hoeveelheden lucht (200 ml) de Quadrox iD ook visueel zichtbare embolieën doorlaat wanneer de ontluchtingslijn gesloten is. Vervolgonderzoek zou kunnen uitwijzen of het openlaten van de ontluchtingslijn bij de Quadrox oxygenatoren ook aanbeveling verdient.
Voor het bepalen van de filtratieparameters van de Affinity Fusion oxygenator in een klinische situatie is vervolgonderzoek vereist.
Uiteraard moet hier in ogenschouw worden genomen dat de tests met kraanwater bij kamertemperatuur zijn uitgevoerd in een laboratoriumopstelling, zonder gasflow over de oxygenator. In een klinische setting zullen de filtratieparameters anders zijn. Hiervoor zou vervolgonderzoek kunnen worden uitgevoerd.
De Affinity Fusion oxygenator laat in onze experimenten een betere reductie van gasvormige embolieën zien dan de Quadrox iD, mits de ontluchtingslijn geopend is.
Referenties 1 Bakker EWM, Visser K. An in vitro comparison of bubble elimination in Quadrox and Capiox oxygenators. NeSECC UPTODATE 2011;1:20-27. 2 Bakker EWM, Visser C. De reductie van gasvormige micro-emboliën door Quadrox en Capiox kunstlongen met geïntegreerd arterieel filter tijdens cardiochirurgische ingrepen. NeSECC UPTODATE 2012;1:22-27.
