在长期应用人工肺（体外膜氧合-ECMO）期间，可能会出现不同的并发症，如凝血、细胞破坏（溶血）或患者的出血倾向。目前尚不清楚这些并发症是由机械血泵引起还是由ECMO中的流量引起的。为了研究凝血和溶血的形成，正在开发一种用于分离的、灌注的动物心脏的试验台，这是一种理想的生理血泵。因此，流体机械过程、生物相容性问题以及泵引起的现象的区分是可能的。
每年大约欧盟有,名患者死于肺病，其中一半以上的死亡与“慢性阻塞性肺病”（COPD）有关。目前全世界有2.1亿人受到这种疾病的影响，而且这个数字还在稳步增加。一旦对急性危及生命的呼吸功能障碍患者的常规治疗失败，通常会应用ECMO。ECMO接管了心脏和肺部的功能，从而为患者提供支持，这可以让心血管系统有更多的时间恢复。然而，ECMO疗法最初是为短期使用而开发的。在临床使用中，有一种趋势是将ECMO应用于患有急性肺病的患者的长期治疗，以及相应的并发症，如凝血增加、溶血、该研究旨在调查这些并发症的原因是否出现在必要的血泵或氧合器本身中。因此，我们开发了一个医疗ECMO试验台，其中有一个孤立的灌注心脏作为血泵。该测试台允许区分损坏的来源。几个世纪以来，心脏一直被自然优化至完美，因此可以假设，在生理条件下，这种血泵不会造成任何损害。如果在这些实验条件下发生溶血和血液凝固增加，这很可能是一个指标，即氧合器中的流动情况不是最佳的。
图1：（A）填充氧合器。它承担肺功能，通过纤维膜将CO2与O2交换，为心脏提供富氧血液。(B)将心脏连接到人工血液循环。(C)底层模拟循环的示意图；绿色=加热回路，红色=血液回路，粉红色=测试回路，蓝色=供氧。
图2：离体灌注心脏试验台：猪心脏与人工血液循环相连；氧合器供应富氧血液；在前面可以看到集成在模拟环路中的光学流通池。
材料与方法
在这些实验中使用了三颗猪心（图3）；因为它们在解剖学和生理学上与人类心脏有很大的相似性，所以它们代表了一个很好的实验替代品。此外，猪心很容易获得，因为它们经常被屠夫当作废品。为了准备用于实验的猪心脏，在屠宰后立即根据当前的可移植心脏指南对其进行处理。这需要立即冷却至4°C并用心脏停搏液冲洗心脏血管。通过快速冷却（所谓的热缺血时间），心脏的新陈代谢和耗氧量显着减少，并且总体上可以耐受长达4小时的缺血时间，即没有血液供应的时间。在实验室中，心脏为接下来的实验做好了准备。冠状动脉被仔细解剖并与主动脉分离。由此产生的血管引流管（开口）被缝合起来，心脏的左侧可以用作一个单独的、独立的测试回路的泵。冠状动脉通过心脏右侧的氧合器（作为肺替代物）短路。在机械泵和氧合器（图1A）的支持下，向心脏供应温度为37°C的含氧血液（图1C）。当心脏变暖时，心肌开始自主收缩，由心脏自身的兴奋系统窦房结启动。一旦心脏活动恢复，可能会发生心律失常，称为心室颤动，可以用除颤器治疗。除颤器产生放电，使心脏同步，窦房结可以再次设定生理节奏。为了确保心脏再次收缩，必须将血液设置为生理值。氧气和二氧化碳的分压以及温度和葡萄糖水平尤为重要。标准值见表1。
标签。1：血液标准值
用氧气和CO2对充氧器进行充气要求特别高，需要加以控制。用于快速血液值分析的三个PreSens流通池，带有用于pO2、pCO2的集成传感器和葡萄糖，安装在心脏和氧合器之间的模拟回路中（图2）。此外，将连接到PreSens测量设备之一的温度传感器直接插入血流中。葡萄糖传感器在屠宰场被血液弄湿，因为它给了传感器足够的时间（大约2小时）以在将其安装到模拟回路中之前达到平衡。可以在实验期间实时跟踪测量结果。此外，使用血气分析仪(BGA)记录数据，以便与PreSesn数据进行比较，并在实验开始时对FTC进行单点调整。但是，使用BGA进行测量需要一些时间，因此只能每3-5分钟收集一次数据。
图3：年7月23日实验中使用的猪心
结果
年7月23日，PreSensFTC首次可以在三颗心脏的测试台上进行测试（图3）。所有三颗心脏都用心脏I的相同血液A成功复活（见表2）。即使只是很短的时间，所有的心脏都可以成功地复活，这表明实验是成功的。
标签。图2：年7月23日离体灌注心脏实验结果。
集成在流通式细胞中的PreSens传感器非常有用，当血气和葡萄糖值超出范围时可以快速干预。PreSens传感器对pO2和pCO2的测量显示出与BGA值非常相似的过程。尽管在某些测量点的绝对值存在很大的偏差（例如，在图4中的第30分钟），但其余的测量值具有合理的小偏差。在图4中，BGA通常显示出较高的pO2值。这可能是由于血液样本在测量过程中不可避免地与环境空气接触造成的。由于环境空气中的pO2通常高于血液中的pO2，因此存在交换和pO2在血液中增加。这也可以解释图4中前15分钟的偏移。BGA测量需要一些时间，并且在此期间血液正在冷却，这反过来又会扭曲结果。此外，图5中的两个峰清楚地表明了O2和CO2分别添加到血液中的时间。这清楚地显示了血液对添加气体的反应有多敏感。即使少量也会导致分压突然增加。由于使用PreSens传感器进行持续测量，可以立即减少气体供应，尤其是CO2在实验过程中保持生理水平。最初升至40°C和随后降至37°C很可能是由手动控制恒温器引起的。比较图6和图5可以看出，温度与血液的pCO2密切相关。葡萄糖传感器也显示了它的功能。图7中的两个峰与添加10mL20%葡萄糖溶液一致。此外，在第30分钟可以看到葡萄糖的强烈下降。这表明此时功能齐全的心脏消耗了葡萄糖。随后葡萄糖水平的增加是由于葡萄糖溶液的控制供应。
图4：使用BGA和O2FTC测量的pO2。图中两个强烈的上升表明添加了气体混合物（95%O2/5%CO2）。BGA和FTC数据显示了类似的过程。
图5：用BGA和FTC测量的血液pCO2。可以看到类似的BGA和FTC数据过程。但是，使用BGA测量的数据通常高于FTC数据。
图6：直接在血流中测量的血液温度。开始时可以看到快速升高到40°C。在心脏II和III的实验过程中，温度保持在35-38°C之间。90分钟后关闭恒温器，温度降至26°C。
图7：血液中的葡萄糖浓度。两个峰表明血液循环中加入了20%的葡萄糖溶液。在30分钟时记录到葡萄糖大量下降，这与心脏功能正常工作的时间一致。
结论
集成在流通池中的PreSens传感器是对测试台的重要补充。传感器确保连续的数据记录，并允许在与生理水平有偏差的情况下进行快速干预。但是，与BGA的测量结果仍有一些偏差，需要澄清。为了获得具有统计代表性的结果，还需要进行更多的实验。