OKSİJENATÖRLER

Ekstrakorporeal sirkülasyon süresince hastanın doğal akciğerlerinin fonksiyonlarını (endokrin fonksiyonları hariç) yerine getiren perfüzyon aparatının bir parçasıdır. Modern oksijenatörler heat-exchanger ile kompakt bir şekilde üretilmektedir. (Bunun nedeni hem perfüzyonistin perfüzyon aparatlarının kurulmasında pratik ve zaman kazandırma çabası, hem de priming volümü mümkün olduğu kadar minimize etme çabasıdır). Ekstrakorporeal sirkülasyon parçaları içinde kanın temas ettiği en geniş yabancı yüzeyi oluşturmaktadır bu nedenle kan elemanlarının en büyük hasara uğradığı bölümdür.
OKSİJENATÖRDE DİFFÜZYON
Oksijenatörlerin çalışma prensipleri ile ilgili olarak Fick’in diffüzyon yasası, bir gazın difüzyon hızının gazın difüzyon yönündeki parsiyel basınç farkı ile doğru orantılıdır. Bir gazın sıvı içinde difüzyonunu etkileyen faktörler aşağıdaki gibi formüle edilebilir.
Dα ∆P x A x S
    dx√MW
D      :Difüzyon hızı
∆P    :Basınç farkı
A      : Yüzey alanı
S      : Gazın çözünürlüğü
d      : Difüzyon mesafesi
MW   : Gazın molekül ağırlığı
Difüzyon hızı iki ortam arasındaki basınç farkı miktarı, gaz alışverişi yapılacak olan ortamın yüzey alanı ve gazın çözünürlüğü ile doğru orantılıdır. İki ortam arasında difüzyona uğrayacak maddenin parsiyel basınç farkı arttıkça yüksek parsiyel basınçlı bölgeye geçecek olan net molekül miktarı daha da artacaktır. Maddenin çözünürlüğü arttıkça difüzyona uğrayacak molekül sayısı artacaktır. Yüzey alanı arttıkça da daha çok molekül difüzyona uğrayacaktır. Moleküllerin difüzyona uğrayacakları mesafe arttıkça daha uzun sürede bu olay gerçekleşecektir.
Oksijenatörlerde gaz alışverişinin gerçekleştiği yüzeyin alanı biyolojik akciğerlerin %10’undan daha azdır. Akciğerlerin yüzey alanı 70m2 iken membran oksijenatörlerde bu alan 0.5-4m2 dir. Bundan dolayı oksijenatörlerde kanın gaz değişimi sırasında katedeceği mesafe, dolayısıyla kanın gaz alışverişinde bulunacağı süre arttırılmıştır. Oksijenatörde %100 oksijen verilerek iki ortam arasındaki parsiyel oksijen basıncı gradienti arttırıp kan daha çok oksijenlendirilmektedir. İnsan akciğerinde respiratuar  membranın kalınlığı 0.5µm kadar iken oksijenatörlerde daha fazladır.
HEAT-EXCHANGER' da ISI TRANSFERİ 
Isı transferi deyince ilk aklımıza gelen şey, enerji transferidir. Yani, yüksek enerjili moleküllerin, düşük enerjili moleküllere doğru hareketidir. Isı iletimi üç şekilde gerçekleşmektedir;
Conduction (iletim; daha çok katılarla katılar arasındaki ısı iletimini ifade eder)
Convection (yayılma; katılarla sıvılar arasında, sıvı hareketleriyle katı ve sıvıların yüzeylerindeki ısı transferi)
Radyasyon (elektro-manyetik mekanizmayla)
Dolayısıyla Heat-Exchanger içinde gerçekleşen ısı transferi, sıvı hareketleriyle katı yüzeylerden ısı transfer edilmesi şeklindedir ki, bu da Convection tipi ısı transferi yapıldığını gösterir. Fakat bu ısı transferi yapılırken bazı prensipler göz önünde tutulmaktadır. Bunların ilki, heat-exchangerdaki kan flow ile su flow yönlerinin aksi istikamette olmasıdır. Bu ısı transferinin bütün temas yüzeylerinde, eş zamanlı ve eşit yapılmaya çalışılmasıyla ilgilidir. İşte bu şekildeki dizayn, fizyolojik yapıya da uygun, optimize bir konfigüre dizayndır.
Isı-değiştirici duvarının yanı boyunca akan kanda oluşan termal sınır (boundary layer) tabakasının varlığı nedeniyle ve kan ile su arasındaki ısı gradientinin korunma çabası [fazla ısının kana verdiği zararlar nedeniyle(ısıtıcı-soğutucuların heater kompartımanının neden maksimum 42°C'ye kadar ısıtma kapasitesinin varlığını açıklar, iyi bilinir ki bu derecenin üstü kesin, plazma proteinlerinin tahribi demektir) ve sıcak kandaki gaz solubulitesinin düşmesi nedeniyle, bubble oluşmasının önlenmesi için] nedeniyle ısı transferi sınırlandırılır. Klinik laboratuar çalışmaları göstermiştir ki, oluşan bu gaz mikroembolileri, kan-gaz ısı gradientinin maksimum 10°C'de tutulmasıyla önlenmiştir. Önerilen ısı gradienti 6°C'dir.
OKSİJENATÖR TİPLERİ
Öncelikle oksijenatörler üç ana dizaynla günümüze gelmiştir;
1. Film oksijenatörler
a) Kay-Cross (disk)
b) Melrose (silindir)
c) Screen (tel kafes)
2. Bubble oksijenatörler
3. Membran oksijenatörler
a) MPMO ( Microporous Membran)
Hollow Fibre; Through HF, outside HF
Folded Envelope
b) TMO (True Membran)
Oksijenatörler üreticileri ne çeşit oksijenatörler üretirlerse üretsinler, üretim aşamasında bir takım kriterleri yakalamaya çalışırlar. Başlıca bu kriterler şunlardır;
Gaz transferini maksimize etmek,
Oksijen - Karbondioksit kontrolünün kolaylaştırılması,
Oksijenatörün neden olduğu kan travmasını minimize etmek,
Heat-exchangerın ısı performansını maksimize etmek
MEMBRAN OKSİJENATÖRLER
Membran oksijenatörün ilk düşünürü Cloves'dir. Günümüz membran oksijenatörleri iki temel gruba ayrılır. Bunlardan birincisi Microporous Membran Oxygenator (MPMO), diğeri ise True Membran Oxygenator (TMO ) 'dür.
True Membran Oxygenator (TMO )
Gerçek membran oksijenatör (TMO)ler "micro" porous oksijenatör (MPO) lere göre doğal akciğerlere çok daha benzerdir. TMO'lerde CPB süresince kan ve gaz safhasını ayırma çabası görülür. TMO'ler kan ve gaz kısımları arasında, gaz transferinin tamamen diffüzyona bağlı olduğu bir bariyer teşkil eder. İşte bu membrana bağlı olarak TMO'ların üretimi pahalıdır ve daha çok priming volüme ihtiyaç duyulur. Sonuç olarak da cerrahide kulanılan membranlar çoğunlukla MPO'dur.
Üretimdeki tek TMO, Sci-Med Spiral Coil Membran Lung (Sci-Med SCML)’dır. Sci-med SCML'nin tek kullanım alanı ECMO'dur. Çünkü çok uzun bir periyodla dengeli O2-C02 transferini sağlamaktadır. Oysa MPO'de bir süre sonra gaz transferindeki bu denge bozulur. Sci-Med SCLM, zarf yapısında silikon bir membrandan yapılmıştır. Bu oksijenatör sarmal bir yapıdadır, kendi içinde sarmallar oluşturur. Kan heat-exchanger boyunca ilerler ve bu sarmal zarftaki membrana gelen kana silikon tüpler aracılığı ile 02 verilir ve yine bu silikon tüpler aracılığı ile C02 atılır. Sci-Med oksijenatörde gaz fazı yüzey alanı 0,5m2 - 4,5m2 arasındaki membrana ihtiyaç duyan ECMO hastalarında kullanılır.
Microporous membranlarda perfüzyon başlangıcında direkt bir kan-gaz teması olur, fakat kısa bir süre sonra membranın proteinlerle kaplanması sonucu direkt kan-gaz teması ortadan kalkmış olur. Tipik olarak CPB süresince membrandaki yüzey tansiyonu kanın bu küçük micro-porouslardan geçerek yer değiştirmesini engeller. Polypropylene membran boyunca dizilmiş bu delikler membrana O2 ve C02 için yeterli kapasitede diffüzyon yeteneği sağlar. Bununla beraber microporous membranlar birkaç saat kullanıldıktan sonra kapasitesinde bir düşüş olur. Buharlaşma ve bunun sonucunda oluşan serumun yoğunlaşması gözenekler(microporous) boyunca bir sızıntıya neden olur.
Microporous Membran Oxygenator (MPMO)
Hâlihazırda kullanılan iki tip microporous membran vardır. Bunlardan birincisi, Bodell ve arkadaşlarınca yapılan HOLLOVV FİBER(oluklu lif) membrandır. Diğer membran ise FOLDED ENVELOPE(katlanmış zarf) membrandır. Hollovv polypropylene fiberler basınç altında sıkıştırılır ısıtılıp şekil verilir ve soğutulur, sonra microporousları oluşturmak için fiberler gerilir ve polymerlerin yapısını stabilize etmek için ısıtılır.
MPMO'lerde sistem şöyle kurulmuştur. Kan oksijenatöre gelmeden önce, venöz rezervuar tarafından gravitasyon ile toplanır(Bu rezervuarlar "soft bag" ya da "hard shell" olabilir). Buraya gelen kan bir pompa aracılığı ile alınıp önce heat-exchanger kısmına gelir ve buradan oksijenatör kısmına direk bir geçiş sağlanır (son dönem MPMO ısı değiştiricileri oksijenatör ile kompakt halde dizayn edilmektedir). Bu kompartımanlar arasında dolaşan kanın oluşacak türbülanstan korunmak için özellikle oksijenatör ve heat-exchangerin iç yüzeyleri silikonla kaplıdır.
Membran oksijenatörler özellikle arterial pompa sonrasına konur ki, oksijenatöre gelen kan içerisinde oluşan "pressure dropu" yenmek mümkün olsun. Ayrıca MO'ün pompanın önüne konduğu durumlarda, yapılan vakumdan dolayı, bu mıcroporouslardan kan fazına hava embolisini indükte edecektir.
Hali hazırda kullanılan MPMO öncesi oksijenatörlerde membran yapısı teflon veya selüloz gibi porouslardan yoksun oksijenatörlerdi. Ve bu materyallerin yeterince sağlanamayan diffüzyon kapasiteleri, araştırmacıları daha geniş bir yüzey kullanımına zorlamıştır. Bu da, priming volümün artması demekti. Böylece MPMO kullanımı, hem pratiklik hem de yaygınlık kazanmaya başladı. Anestezi altında metebolizması yavaşlatılmış ve dilüe edilmiş kan artık yeterince oksijenlenebiliyordu.
MPMO'lerde kan-gaz teması sirkülasyonun başlamasıyla beraber direkt bir temas sözkonusudur. Fakat kısa bir süre sonra plazma proteinlerinin bu porouslara yapışmasıyla membran görevini gören bir bariyer oluşur. Bu bariyerle kan ve gaz fazları birbirinden ayrılmış olur. Microporousların çapı 1 micron kadardır. Pore'ların 1|i'dan küçük olması, hem serumun, hem de gazın membran dışına sızıntısını önlemek içindir. Üretim esnasında farklılıklar uygulanabilmektedir. Oluşan protein tabakasının kalınlığı ise 50 angstrom civarındadır. MP'lara proteinlerden belkide daha önce yapışan diğer bir madde trombositlerdir bunun nedeni de trombosit yüzeyindeki proteinlerdir.
CPB SÜRESİNCE MEMBRAN OKSİJENATÖRLERİN HASARI
Kanın soğutma ve ısıtma için oksijenatördeki heat-exchanger dizaynı biyolojik olarak uygun bir yüzey oluşturur. Amaç herhangi lokal bir bölgenin fazla ısıtılmadan bütün kanın heat-exchangerden geçerken eşit ısıtılmasını ve hastanın da optimize ısıtılmasını sağlamaktır. Genel olarak enerji transferi heat-exchangerın içinde ve dışında steril olmayan suyla yapılır. Soğutma istendiğinde soğutulmuş su ile ısıtılmak istendiğinde resistansla ısıtılmış suyla ısı transferi gerçekleştirilir. Heat-exchangerda ısı tansfer yüzeyi alüminyumdan ya da paslanmaz çeliktendir. Her iki materyal de iyi bir ısı iletim özelliğine sahiptir. Ve bunlar polymerlerle kaplıdır ki, materyallerle kanın direk bir temasını önleyerek ısı transferinin optimizasyonu bu şekilde sağlanır.
Membran yüzeylerinden geçen kan akımı, "shear stress" oluşturur. Shear stressin varlığı eritrositlerde bazı zararlara yol açar. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki, yüksek ve uzun süreli shear stress hemolizi arttırmaktadır. Shear stressin trombositler üzerine olumsuz etkilerini, hem trombositlerin yapısındaki deformasyonlardan, hem de trombosit agregasyonundan anlayabiliyoruz. Fakat trombositler üzerine olan bu hasarın gerçek nedeni shear stress mi, yoksa trombositlerin yabancı yüzey kontaktma verdiği reaksiyondan dolayı mı, kesin cevaplanmış değildir.
CPB süresince complement sistemin aktivasyonu ile trombositlerde büyük düşüşler görülmüştür. Teflon MO kullanılan hastalarda özellikle C4'de büyük bir kayıp görülmüştür. Uzmanlar bunun muhtemel sebebini C4'ün teflon membrana bağlanması olarak göstermişlerdir. İki saati aşkın CPB süresi olan hastalarda yapılan çalışmalarda, kardiojenik fonksiyon(enfarktüs, CPK-MB seviyesi), nörolojik ve mental fonksiyon(hastanın yoğun bakım uyanma süresi, standart refleks muayenesi), pulmoner fonksiyo (mekanik ventilasyon süresi, alveolar- arteriyel, 02 basınç farklılığı), renal fonksiyon (idrar çıkışı ve BUN )açısından ve hepsi bir bütün sonuç olarak(yoğun bakım ve hastanede kalış süresi olarak), en önemlisi de hemotolojik parametreler (kanama, kan transfüzyon iktarı, serbest plazma hemoglobini, hemoglobinemia) açısından, membran oksijenatörlerin verdiği hasarının daha az olduğu görülmüştür, fakat esas hasar belirleyicisinin CPB süresi olduğu vurgulanmıştır. 
VENÖZ REZERVUAR
Venöz rezervuar, volüm rezervinin korunduğu ve membran oksijenatör kullanıldığında, arteriyel pompadan hemen önce yer alan kardiyopulmoner baypas (KPB) dolaşımının önemli bir parçasıdır. Bu rezervuar, venöz dönüş için yüksek kapasiteli önemli drenaj, venöz hava kabarcıkları için tutulma yeri sağlar. Ayrıca ilaç, sıvı veya kan eklemek için konvansiyonel bir yer sağlar ve perfüzyon sistemi için ek bir depolama kapasitesidir. KPB tam kapasite çalıştığın­dan 1 ile 3 litreden fazla kan hastadan, KPB dolaşımına yer değiştirebilir.
Rezervuarlar; rijit (sert) plastik tüp (açık tip, havaya açık) ve yumuşak, kollabe olabilen plastik torba tipi (kapalı tip, havaya kapalı) olarak iki kategoriye ayrılabilir.
Rijit tip rezervuarların kurulması ve kullanımı kolay­dır. Volüm ölçümüne ve venöz havanın yönetilmesine havanın pasif olarak atmosfere verilmesine olanak verir. Sıklıkla daha fazla kapasiteye sahiptir (4lt), prime volumun uygulanması daha kolaydır. Vakumla venöz drenaj için aspirasyona izin verir ve daha ucuzdur. Bazı sert tip (hard-shell) venöz rezervuarlar makrofiltreler ve mikrofitreler içerir ve kardiyotomi rezervuarı bulundurur­lar. Ayrıca vent edilmiş kanı kabul ederler. Dezavantajı ise, yapımında kullanılan silikon anti-köpük komponentlerin, mikroemboliye neden oldukları ve kan elemanlarının aktivasyonunda artış riskine neden olabildikleri bildirilmiş­tir.
Yumuşak torba tipi rezervuarda kan-hava temasının daha az oluşu nedeniyle kompleman aktıvasvonu daha azdır ve bu tip rezervuarlar kollabe olarak masif hava embolisi pompalama riskini azaltırlar.
UYGUN GAZ AKIMININ SEÇİLMESİ
Oksijenatörlerde önerilen normatermide gaz / kan akış oranı 1:1 olup FİO2 %80:100'dür. Bizler uygulamada standart bir değerlerle perfüzyon uygulaması yapmıyoruz. Ayarlarımızı genelde hasta bazlı yapıyoruz. Ayarlarımızda şu kriterleri göz önüne alıyoruz:
Hasta sıcaklığı
Hematokrit ve hemoglobin değerleri
Hastanın BSA ve flow değerleri