Аппарат искусственного кровообращения – принцип работы

Содержание

Аппарат искусственного кровообращения: назначение и принцип работы

Аппарат искусственного кровообращения – принцип работы

Аппарат искусственного кровообращения – специальное медицинское оборудование, которое способно обеспечивать процессы жизнедеятельности человека, если сердце или легкие перестают полностью или частично выполнять свои функции.

Идея о возможности воплотить в жизнь “сохранение в живом состоянии любой части тела” появилась в 1812 году, но первое примитивное устройство, которое состояло из механизма нагнетания крови и оксигенации, появилось только в 1885 году.

Первая операция на открытом сердце, где был задействован аппарат искусственного кровообращения, проведена в 1930 году. С тех пор используются несколько основных методик применения АИК: искусственное кровообращение полностью всего организма, регионарное, где снабжают биологической жидкостью определенный орган или участок, и различные вариации вспомогательного кровообращения.

Особенности методов

Общим искусственным кровообращением называется полная замена функций сердечной мышцы и газообмена в легких специальными механическими приспособлениями и устройствами. Это широко используется в хирургии сердца.

Регионарным называется кровообращение определенного органа или части тела. Такой способ применяется для введения значительного количества лекарственных препаратов в область гнойной инфекции или злокачественной опухоли.

Регионарное искусственное кровообращение имеет вариант, используемый для коротких операций на сердце в сочетании с намеренным снижением температуры тела человека (гипотермия). Такой способ называется коронарно-каротидной перфузией.

Особенности аппаратов

Современный аппарат искусственного кровообращения, принцип работы которого будет рассмотрен ниже, должен соответствовать таким требованиям:

  • поддержка на необходимом уровне минутного объема кровообращения в организме пациента;
  • качественная оксигенация, при которой насыщение кислородом должно находится на уровне не ниже 95%, а количество углекислого газа – 35-45 мм рт. ст.;
  • объем заполнения аппарата не более 3 л;
  • наличие устройства для возврата крови больного в циркуляторный контур;
  • не должен травмировать кровь при ее прохождении через структурные элементы;
  • материал для изготовления механизмов должен быть нетоксичным, чтобы осуществлялась возможность проводить дезинфекцию и стерилизацию.

Устройство

Любой аппарат искусственного кровообращения состоит из физиологического (артериальный насос, оксигенатор, циркуляторный контур) и механического блока. Из организма больного венозная кровь поступает в оксигенатор, где происходит ее обогащение кислородом и очищение от углекислого газа, а дальше с помощью артериального насоса она возвращается в кровеносное русло.

Прежде чем кровь поступит обратно, она проходит через специальные фильтры, которые улавливают тромбы, пузырьки воздуха, кусочки кальция из клапанной системы, а также через теплообменник, поддерживающий необходимый температурный режим. Если кровь в организме находится в полостях, ее отправляются в аппарат искусственного кровообращения с помощью специального насоса.

Основные элементы

АИК имеет следующие структурные элементы:

  1. Оксигенаторы. Существуют механизмы, в которых кровь обогащается кислородом при непосредственном контакте, а есть те, где взаимодействие происходит через специальную мембрану.
  2. Насосы. Различаются клапанные и бесклапанные в зависимости от того, каким образом происходит движение крови.
  3. Теплообменник. Поддерживает температуру в крови и теле пациента. Коррекция температурного режима происходит с помощью воды, которая омывает устройство.
  4. Дополнительные узлы. Сюда относят ловушки, емкости для сохранения удаленной из полостей или резервной крови.
  5. Механический блок. Состоит из корпуса аппарата, подвижных частей оксигенатора, аппаратуры для определения различных показателей, аварийного ручного привода.

Аппарат искусственного кровообращения HL 20 – один из лучших примеров. Система перфузии в этом механизме отвечает наивысшим стандартам и требованиям. Он сочетает в себе безопасность и надежность, совершенную систему сбора данных, гибкость и возможность адаптации к любой манипуляции.

Подготовка и подключение аппарата

Перед использованием обязательно необходимо проверить готовность механизма к работе. АИК (аппарат искусственного кровообращения) должен иметь абсолютную чистоту и стерильность тех поверхностей, которые непосредственно контактируют с кровью.

Все структурные элементы, входящие в физиологический блок, обрабатывают детергентами или растворами щелочей высокой концентрации с дальнейшим промыванием водой. После проводят стерилизацию. После полной сборки и заполнения аппарата кровью, его подключают к пациенту на определенном этапе проведения операции.

Для возврата крови в организм чаще используют доступ из бедренной или подвздошной артерии, иногда через восходящий отдел аорты. В аппарат биологическая жидкость поступает через дренированные полые вены.

Перед поступлением крови в оксигенатор больному вводят гепарин (2-3 мг на килограмм массы тела).

Чтоб пациент находился в безопасности, доступ к артериальной системе проводят раньше, чем катетеризацию венозного русла.

Анестезия и наркоз

Использование аппарата искусственного кровообращения при операциях имеет определенные особенности, поэтому и проведение наркоза в этот период отличается.

  1. Многокомпонентная премедикация.
  2. Период перед проведением перфузии требует искусственную вентиляцию легких с повышенными показателями давления на вдохе и выдохе.
  3. В периоде перфузии анестетики поступают в организм через АИК. Проведение ИВЛ характеризуется увеличенным давлением на выдохе.
  4. В послеперфузионном периоде восстанавливают показатели гемодинамики, требуется длительная вентиляция легких.

Патофизиология

При использовании аппарата искусственного кровообращения организм человека находится в необычных условиях. Могут развиваться патологические реакции на проведение перфузии, поскольку ретроградный ток крови в аорте, снижение давление в полостях сердца, отсутствие работы малого круга кровообращения – условия, которые не характерны для нормального состояния организма.

Во время проведения вмешательства человек находится в состоянии, близком к геморрагическому шоку. Происходит снижение артериального давления и общего периферического сопротивления. В обычных условиях такая реакция считается защитной, но в условиях использования АИК это мешает нормальному восстановлению кровообращения.

Следствием становится развитие гипоксии и метаболического ацидоза в крови. Профилактика осложнений основана на улучшении микроциркуляции, устранении феномена защитного перераспределения крови.

Возможные осложнения

Основными осложнениями считаются:

  • эмболия сосудов, которая может быть вызвана закупоркой тромбами, газом, липидами, частичками кальция;
  • гипоксия – может развиваться из-за недостаточной работы оксигенатора или артериального насоса, через который кровь должна поступать обратно в организм;
  • гематологические осложнения – несовместимость крови пациента и донора по группе или резус-фактору, реакция организма больного на вливание цитратной крови, травматизация форменных элементов крови в аппарате искусственного кровообращения, нарушение свертывания.

Аппараты постоянно подвергаются усовершенствованию, чтоб снизить возможные осложнения в ходе процедуры. Современные инновации, технологии и высокая квалификация бригады врачей – залог успешно проведенного вмешательства.

Принцип работы аппарата искусственного кровообращения

Аппарат искусственного кровообращения – принцип работы

Для работы на открытом сердце и крупных сосудах применяют аппарат искусственного кровообращения, принцип работы которого достаточно простой. Он выполняет работу сердца и легких, в то время, когда необходимо временно исключить их из кровеносной системы организма, или для перфузии отдельных органов и частей организма.

Где используется

В основном аппарат искусственного кровообращения (АИК) применяется в кардиохирургии, при операциях на открытом сердце. Во время оперативного вмешательства сердце не может выполнять свою функцию насоса и ее заменяют механическим перекачиванием оксигенированной крови. Есть и другое применение аппарата искусственного кровообращения – это регионарная перфузия.

Существует несколько видов экстракорпорального кровоснабжения:

  • общее, когда АИК выполняет функцию сердца и легкого во всем организме;
  • регионарное, когда его применяют для перфузии одного органа или его части;
  • вспомогательное, с различными вариантами.

Общее применяется в кардиохирургии. Регионарное используют у онкологических, хирургических больных, когда нужно создать определенную концентрацию лекарственных препаратов в одном регионе, например, в злокачественной опухоли.

Нередко их используют в трансплантологии. Существуют также аппараты искусственного кровообращения для коронарной перфузии, которые обеспечивают кровоснабжение в миокарде при операциях на аорте.

Также рекомендуем почитать:  Уход за трахеостомой алгоритм

Принцип работы

Аппарат искусственного кровообращения временно замещает функцию сердца и легких. Поэтому он состоит из нескольких блоков, а именно:

  1. Оксигенатор. Кровь попадает туда из катетеризированных вен правого предсердия самотеком. В оксигенаторе она насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа. В некоторых оксигенаторах кровь соприкасается с газом (пузырьковые, пленочные), в других она насыщается кислородом через газопроницаемую мембрану.
  2. Артериальный насос. По своей конструкции он может быть мембранный, камерный, роликовый, пальчиковый. Основная функция его состоит в нагнетании оксигенированной крови в артерию.
  3. Коронарный отсос. Его задача отсасывать излившуюся кровь из раны и возвращать в циркуляторный контур аппарата искусственного кровообращения.
  4. Теплообменник. Согревает или охлаждает кровь до определенной требуемой температуры. Так, чтобы избежать травматизации клеток крови во время перфузии, а это возможно при длительных оперативных вмешательствах, когда она проходит через циркуляторный контур многократно, используют гипотермию. Теплообменник может быть трубчатым или щелевым.
  5. Фильтр-ловушка. Кровь, попадая в аппарат искусственного кровообращения, может образовать сгустки, содержать пузырьки газа, поэтому перед обратным поступлением в кровеносное русло больного ее фильтруют.

Также рекомендуем почитать:  При эпилепсии

Циркуляторный контур аппарата делают из специальных материалов химически нетоксичных, не изменяющихся при стерилизации, которые при соприкосновении с кровью не повреждают клетки.

Осложнения при искусственном кровообращении

Основные осложнения, которые могут возникнуть при использовании аппарата искусственного кровообращения это:

  • Эмболия сосудов газами или тромбами;
  • Гипоксия, нарушения микроциркуляции органов;
  • Гематологические осложнения, нарушение свертываемости, фибринолиз.

При использовании современного аппарата искусственного поддержания кровообращения, вероятность осложнений минимальна.

Аппараты постоянно совершенствуют, чтобы уменьшить объем циркуляторного контура, что позволит использовать меньше консервированной крови, улучшают фильтры и т. д.

Для борьбы с осложнениями используют гемодилюцию, антикоагулянты, нагнетание углекислого газа в области раны при ушивании, барокамеру и другие методы.

Принцип работы аппарата искусственного кровообращения. Как работает аппарат искусственного кровообращения?

Аппарат искусственного кровообращения – принцип работы

В основном аппарат искусственного кровообращения (АИК) применяется в кардиохирургии, при операциях на открытом сердце. Во время оперативного вмешательства сердце не может выполнять свою функцию насоса и ее заменяют механическим перекачиванием оксигенированной крови. Есть и другое применение аппарата искусственного кровообращения – это регионарная перфузия.

Существует несколько видов экстракорпорального кровоснабжения:

  • общее, когда АИК выполняет функцию сердца и легкого во всем организме;
  • регионарное, когда его применяют для перфузии одного органа или его части;
  • вспомогательное, с различными вариантами.

Общее применяется в кардиохирургии.

Регионарное используют у онкологических, хирургических больных, когда нужно создать определенную концентрацию лекарственных препаратов в одном регионе, например, в злокачественной опухоли.

Нередко их используют в трансплантологии. Существуют также аппараты искусственного кровообращения для коронарной перфузии, которые обеспечивают кровоснабжение в миокарде при операциях на аорте.

Также рекомендуем почитать:  Регуляция и значение кислотно-щелочного состояния организма

Транспортная упаковка

Комплект оборудования АВК-Н представлен на фотографии.

Для транспортировки АВК-Н используется кейс из сополимерного полипропилена. Корпус герметичный, характеризуется высокой стойкостью к ударным нагрузкам. В конструкцию встроен атмосферный клапан для выравнивания давления,5 замков ABS. Размер кейса 79.

50×51.80×31.00 см, вес около 25 кг.
Для удобства перемещения системы в кейс встроены колеса и выдвижная ручка. Кейс состоит из трех уровней. Ложементы каждого уровня спроектированы с учётом удобства размещения всех компонент системы по назначению.

На первом уровне размещаются имплантируемые компоненты АВК-Н, на втором и третьем – экстракорпоральные.

Первый и второй уровни объединены в один бокс и содержат полный комплект оборудования, необходимый для проведения операции. Третий уровень содержит оборудование передаваемое пациенту для обслуживания АВК-Н.

В крышку кейса встроен органайзер с тремя карманами для размещения сумки пациента и комплекта эксплуатационной документации.

Что такое синдром пересаженного сердца

Несмотря на то, что после пересадки механического аналога сердца или замены его клапанов появляется шанс на жизнь, многие пациенты не ощущают облегчения. Это связано с такими причинами:

  • возникает страх поломки устройства,
  • шум от работы по ночам не дает возможности уснуть,
  • больной постоянно фиксирован на ритме сердцебиений,
  • нарастает депрессия и суицидальные наклонности.

Появляются жалобы на головную боль, онемение конечностей, обмороки и головокружения, сильную утомляемость. Это заставляет больных резко ограничивать физическую активность.

Одним из опасений является отсутствие боли при нарушении работы прибора, поэтому пациенты боятся утратить контроль за своим здоровьем. Подобная симптоматика лечится совместными усилиями кардиолога и психиатра.

Удачные примеры установки искусственного органа в разных странах

Долгое время самым известным механическим сердцем была модель Джарвик 7, рекордная продолжительность жизни больного составила 620 дней. Именно столько прожил со времени установки (в 1985 году) У. Шредер, доказав, что можно заменить биологический орган на рукотворный.

Модель искусственного сердца Джарвик 7

Следующей версией такого прибора был Симбион, а в настоящее время Синкардия является практически единственной успешной моделью искусственных сердец. Основная проблема подобных устройств – это вес зарядного устройства, которое нужно было возить с собой или носить в рюкзаке за спиной.

Пациенты с таким аппаратом не избавлены от необходимости пересадки донорского органа, но они могут ожидать трансплантацию не только в больнице, как было раньше, а зарядить аккумулятор от обычной розетки, находясь дома. Синкардии установлены 1600 больным, максимальный срок работы превысил 3,5 года. Поэтому у пациентов появился шанс дожить до того момента, когда будет найден подходящий донор.

Шанс на спасение — искусственное сердце

Аппарат искусственного кровообращения – принцип работы

При крайней степени нарушения сократительной способности сердца или при проведении кардиологических вмешательств используется механическое устройство, временно поддерживающее достаточный уровень жизненно-важных параметров.

Все аппараты для искусственного кровообращения подразделяют на оксигенаторы (насыщают кровь кислородом) и кардиопротезы (имплантируют в организм). Такие устройства помогают провести длительные операции на открытом миокарде или быть надеждой на спасение жизни в период ожидания донорского органа для трансплантации.

История открытия механического сердца

Первооткрывателем возможности поддержания кровотока по сосудам вне организма был советский врач Демихов.

Он провел операцию собаке еще в 1937 году, установив на место сердца насос, который был соединен с электрическим двигателем.

В 60-е годы американские ученые Кольф и Акутсу создали сердце из пластика с 4-мя трехстворчатыми клапанами. Его работа обеспечивалась пневматическим приводом.

Но настоящая успешная имплантация искусственного сердца осуществлена только в 1969 году хирургом из Америки Кули. Пациент страдал от аневризмы левого желудочка. Ему провели обширную резекцию (удаление) части миокарда, после чего было невозможно отключить от аппарата экстракорпорального кровообращения.

Так как единственным шансом на спасение жизни могла бы быть пересадка сердца, то до ее проведения установили механический трансплантат. Он проработал 64 часа, затем было найдено и пересажено донорское сердце. К сожалению, больной погиб от пневмонии, прожив менее 2 суток. Но подобная двухэтапная трансплантация лежит в основе современных операций.

Все дальнейшие попытки создания искусственного аналога сердца не привели к ожидаемому результату. Модели российских аппаратов могут работать до 100 дней, их внешний двигатель громоздкий, подзарядка должна быть каждые 12 часов.
Первое такое устройство было подключено пациенту в Центре Бакулева в 2010 году. Его можно использовать пока как временное спасение для пациентов, ожидающих пересадку сердца.

Так как спрос на искусственное сердце повышается с каждым годом, то проводится постоянное совершенствование приборов и научные открытия в этой области. К новейшим, но экспериментальным разработкам, относится сердце, напечатанное на 3D принтере, а также выращенное из стволовых клеток.

Рекомендуем прочитать статью об установке кардиостимулятора. Из нее вы узнаете о целях установки устройства и его типах, методике имплантации и возможных осложнениях.

А здесь подробнее о гипертрофии миокарда.

Риски установки аппарата

Операция довольно сложная, она имеет прогнозируемые и внезапные осложнения. Так, например, ни один врач не может дать гарантию, что во время установки механического сердца не возникнет смерть.

К достаточно ожидаемым рискам относятся:

  • аллергические реакции на медикаменты,
  • формирование кровяных сгустков,
  • интенсивное кровотечение,
  • инфекция,
  • поломки или помехи в работе механизма.

Все же большинство операций проходят успешно и без осложнений, а пациенты с искусственным сердцем способны даже пробежать марафонскую дистанцию. Все зависит как от заболевания, так и от стремления пациента к выздоровлению и соблюдения рекомендаций врача.

Смотрите на видео об установке искусственного сердца:

Системы искусственного кровообращения

Экстракорпоральное кровообращение, то есть подключение сосудистой сети пациента к аппаратам для очистки, насыщения кислородом или введения медикаментов, бывает таких видов:

  • общее,
  • изолированное,
  • вспомогательное.

Общий вариант предусматривает использование механического насоса и оксигенатора вместо работы сердца и легких. Такие аппараты искусственного кровообращения широко используются в кардиохирургии.

Если нужно изолировать орган или систему от общего кровотока для того, чтобы в вести большую концентрацию лекарственного вещества, то такой способ назван регионарным или изолированным. Он применяется онкологами и хирургами для перфузии цитостатиков или антибиотиков.

Вспомогательное кровообращение снижает нагрузку на сердце путем снижения притока крови или сопротивления периферических сосудов. Проводится в виде внутриартериальной баллонной контрпульсации, разгрузки при подключении к роликовым или центрифужным насосам, а также установки искусственных желудочков сердца.

Что представляет собой аппарат искусственного кровообращения

В составе устройства, которое может взять на себя основные функции организма – дыхание и циркуляцию крови для передачи кислорода тканям, входят такие части:

  • оксигенатор (аналог легких),
  • теплообменник (поддерживает температуру),
  • насос с регуляцией производительности (искусственное сердце),
  • магистрали для передвижения крови,
  • фильтры для поглощения газовых пузырьков, кровяных сгустков, разрушенных клеток крови.

Дополнительно в составе могут быть системы для поглощения крови из раневой зоны, дренажа левого желудочка, измерения скорости кровотока, температуры венозной и артериальной крови, давления, содержания кислорода. Для заправки прибора могут быть использованы:

  • физиологический раствор глюкозы или хлорида натрия,
  • реополиглюкин,
  • калия хлорид,
  • бикарбонат натрия,
  • эритроцитарная масса из донорской крови.

Принципы работы

Подключение аппарата для искусственного кровообращения зависит от выбранной методики оперативного вмешательства. Наиболее распространенная схема предусматривает такие этапы:

  1. Забор крови из обеих полых вен или из правого предсердия, желудочка.
  2. Поступление в оксигенатор.
  3. Накачивание насосом в бедренную артерию.
  4. Продвижение по брюшной и грудной части аорты (против обычного направления).
  5. Через дугу аорты кровь течет в коронарные и мозговые артерии.

Длительность подключения зависит от вида операции – от нескольких минут до 4 — 8 часов. При этом врач старается как можно меньше держать пациента на искусственной перфузии.

Если для операции требуется более часа, то кровь дополнительно охлаждается. Это позволяет понизить потребность в кислороде, а значит, и скорость кровотока.

При особо сложных вмешательствах гипотермия может достигать 15 градусов.

Действие искусственного кровообращения на организм

Условия гемодинамики, которые воспринимаются организмом как стрессовые, включают:

  • обратный поток крови в аорте,
  • минимальный уровень давления в полостях сердца,
  • разрушение клеток крови в период продвижения по жестким магистралям,
  • отключение легочного кровотока,
  • скопление в крови медиаторов боли,
  • гипотония и низкое сопротивление сосудов.

Операция с подключением к аппарату искусственного кровообращения подобна тяжелой травме, кровопотере и шоковому состоянию.

Для компенсации организм перераспределяет питание таким образом, чтобы защитить головной мозг и сердце в ущерб для остальных органов.

Это мешает достигнуть нормального кровотока даже на высокой скорости перфузии. Поэтому ткани страдают от недостатка кислорода и обменного закисления крови.

Осложнения после

Самыми сложными для последующего лечения являются такие нарушения после отключения пациента от прибора:

  • закупорка сосудов жизненно-важных органов эмболом, тромбом, кальцием или каплями жира, воздухом;
  • ишемия органов;
  • реакция на консервированную кровь;
  • чрезмерная кровоточивость из-за введения Гепарина или активации фибринолиза.

Для предотвращения этих осложнений в период экстракорпорального кровотока проводится постоянное исследование состояния пациента и лабораторных показателей. Современные аппараты снабжены системами многоступенчатых фильтров.

Рекомендуем прочитать статью о жизни после установки кардиостимулятора. Из нее вы узнаете о восстановлении после операции, особенностях жизни с устройством, возможности занятий спортом и необходимости регулярных осмотров.

А здесь подробнее о лечении гипертрофии левого желудочка сердца.

Искусственное сердце представляет собой прибор, через который проходит кровь в период кардиохирургических вмешательств или его имплантируют в организм пациента. Несмотря на то, что есть примеры длительной жизни с подобным устройством, такая установка является временной мерой для больных, ожидающих донорское сердце.

Протезированные клапаны или желудочки сердца могут взывать сложные психологические проблемы. В период операции замена собственных функций легких и сердца на аппаратные позволяет провести необходимые манипуляции на открытом сердце.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.