ABSTRACT
En fermentaciones aerobias el oxígeno, como aceptor terminal de electrones en el proceso de respiración, comúnmente se constituye en limitante debido entre otros factores al diseño del biorreactor (factores geométricos), a las condiciones de operación de los fermentadores (condiciones ambientales requeridas en el cultivo, potencia transferida al cultivo por el sistema de agitación, propiedades del medio líquido), demanda de oxígeno por parte del microorganismo, sistema de aireación (concentración de oxígeno en el gas, solubilidad del oxígeno). La limitación de oxígeno se refleja en la fermentación con Lactococcus lactis cepa IBUN 34.1, en que presenta una baja disponibilidad de oxígeno desde muy temprano en la fase exponencial del cultivo. Para superar estas limitaciones se diseñó y desarrolló un sistema de suministro de oxígeno de alta tasa de transferencia, consistente en un sistema de fermentación con aireación externa (SFAE), el cual es comparado en este trabajo con el sistema tradicional de fermentador agitado dotado con dos turbinas tipo Rushton y aireación por difusor interno. En este trabajo se evalúa la operación del SFAE, se seleccionan y estudian algunas variables operacionales y su efecto sobre la transferencia de oxígeno gas-líquido. Los resultados indican que las variables que tienen efecto significativo sobre el coeficiente volumétrico global de transferencia de masa kLa son la agitación y el flujo de medio de cultivo que circula por el aireador externo denominado flujo de recirculación. Los valores de kLa obtenidos indican que con el fermentador convencional con aireación interna el mayor valor de kLa alcanzado fue de 40,68 (h-1), en tanto que con el SFAE se alcanzaron valores de 63,18 (h-1).
In aerobic fermentations, oxygen as terminal electron acceptor in respiration process, is commonly a limiting due to factors like its low solubility in aqueous solutions, bioreactors geometric factors and operating characteristics, liquid media properties, oxygen concentration in gas supply, microorganisms characteristics, environmental culture conditions, power supply by agitation system, etc. Oxygen limitation is present in cultures using the IBUN 34.1 Lactococcus lactis strain where oxygen availability is low some minutes after the exponential phase starts. A high transfer rate oxygen supply system was thus designed to overcome such limitations; it consisted of an external aeration fermentation system (EAFS) which was compared in this work with a conventional agitated tank fermenter equipped with two Rushton turbines and internal diffuser aeration flute mechanism.This paper evaluates the EAFS; some operational variables were selected and studied as well as their effect on oxygen transfer. Our results showed that agitation and culture medium flow through the aerator (called external recirculation flow) were the variables having the main effect on overall volumetric mass transfer coefficient (kLa). The highest kLa value in the conventional bioreactor having internal aeration was 40.68 kLa (h-1), while the EAFS reached 90 (h-1).
Subject(s)
Oxygen Transfer/analysis , Oxygen Transfer/adverse effects , Oxygen Transfer/methods , Bioreactors/adverse effects , Bioreactors/microbiology , Bioreactors/parasitology , Bioreactors/virologyABSTRACT
JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: Diversas classes de fármacos inotrópicos, com efeitos hemodinâmicos diferentes, são utilizadas no tratamento do baixo débito cardíaco em pacientes com disfunção sistólica submetidos a procedimento cirúrgico cardíaco. O objetivo deste estudo foi comparar o efeito da dobutamina e da milrinona sobre a hemodinâmica e o transporte de oxigênio nessa população de pacientes. MÉTODO: Após aprovação do Comitê de Ética institucional e obtenção do consentimento escrito pós-informado, 20 pacientes submetidos à cirurgia cardíaca e com índice cardíaco < 2 L.min-1.m-2 pós-indução anestésica e instalação de cateter de artéria pulmonar foram distribuídos aleatoriamente para receber dobutamina 5 µg.kg-1.min-1 (n = 10) ou milrinona 0,5 µg.kg-1.min-1 (n = 10). Medidas hemodinâmicas foram obtidas pós-indução, 30 e 60 minutos após, e gasometrias arterial e venosa nos momentos basal e 60 minutos. Os dados foram comparados usando teste t de Student não pareado ou ANOVA de duas vias para medidas repetidas. RESULTADOS: A dobutamina e a milrinona promoveram aumentos significativos no índice cardíaco (56 por cento e 47 por cento) e no transporte de oxigênio (53 por cento e 45 por cento), redução nos índices de resistência vascular sistêmica (33 por cento e 36 por cento) e pulmonar (34 por cento e 19 por cento), respectivamente. Contudo, não foram observadas diferenças entre os fármacos. CONCLUSÕES: Ambos os fármacos inotrópicos foram igualmente efetivos em restaurar o fluxo tecidual sanguíneo e a oferta tecidual de oxigênio para valores adequados em pacientes com baixo débito cardíaco submetidos à cirurgia cardíaca.
BACKGROUND AND OBJECTIVES: Several classes of inotropic drugs with different hemodynamic effects are used in the treatment of low cardiac output in patients with diastolic dysfunction undergoing cardiac surgery. The objective of the present study was to compare the effects of dobutamine and milrinone on hemodynamic parameters and oxygen supply in this population of patients. METHODS: After approval by the Ethics Committee of the institution and signing of the informed consent, 20 patients undergoing cardiac surgery with cardiac index < 2 L.min-1.m2 after anesthetic induction and place ment of a pulmonary artery catheter were randomly divided to receive dobutamine 5 µg.kg-1. min-1 (n = 10), or milrinone 0.5 µg.kg-1.min-1 (n = 10). Hemodynamic parameters were measured after anesthetic induction and after 30 and 60 minutes, and arterial and venous blood gases were measured at baseline and 60 minutes. Non-paired Student t test or two-way ANOVA for repeated measurements was used to compare the data. RESULTS: Dobutamine and milrinone promoted significant increases in cardiac index (56 percent and 47 percent) and oxygen supply (53 percent and 45 percent), and reduction in systemic (33 percent and 36 percent) and pulmonary (34 percent and 19 percent) vascular resistance, respectively. However, statistically significant differences were not observed between both drugs. CONCLUSIONS: Both inotropic drugs were similarly effective in restoring tissue blood flow and oxygen supply to adequate levels in patients with low cardiac output undergoing cardiac surgery.
JUSTIFICATIVA Y OBJETIVOS: Diversas clases de fármacos inotrópicos con efectos hemodinámicos diferentes, se usan en el tratamiento del bajo débito cardíaco en pacientes con disfunción sistólica sometidos al procedimiento quirúrgico cardíaco. El objetivo de este estudio, fue comparar el efecto de la dobutamina y de la milrinona sobre la hemodinámica y el transporte de oxígeno en esa población de pacientes. MÉTODO: Después de la aprobación del Comité de Ética institucional y de la obtención del consentimiento informado, 20 pacientes sometidos a la cirugía cardíaca y con índice cardíaco < 2 L.min-1.m-2 postinducción anestésica e instalación de catéter de arteria pulmonar, fueron distribuidos aleatoriamente para recibir dobutamina 5 µg.kg-1. min-1 (n = 10) o milrinona 0,5 µg.kg-1.min-1 (n = 10). Medidas hemodinámicas se obtuvieron postinducción, entre 30 y 60 minutos después de las gasometrías arterial y venosa en los momentos basales y 60 minutos. Los datos se compararon usando el test t de Student no pareado o Anova de dos vías para medidas repetidas. RESULTADOS: La dobutamina y la milrinona produjeron aumentos significativos en el índice cardíaco (56 por ciento y 47 por ciento) y en el transporte de oxígeno (53 por ciento y 45 por ciento), una reducción en los índices de resistencia vascular sistémica (33 por ciento y 36 por ciento) y pulmonar (34 por ciento y 19 por ciento) respectivamente. Sin embargo, no fueron observadas diferencias entre los fármacos. CONCLUSIONES: Ambos fármacos inotrópicos fueron igualmente efectivos en la restauración del flujo tisular sanguíneo y en la oferta tisular de oxígeno para valores adecuados en pacientes con bajo débito cardíaco sometidos a la cirugía cardíaca.