Как работает аппарат искусственного кровообращения? - ZdorovMnogoLet.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Как работает аппарат искусственного кровообращения?

Как работает аппарат искусственного кровообращения?

Применение аппаратов искусственного кровообращения в кардиохирургии стало на сегодняшний день достаточно распространенной практикой. Но, несмотря на накопленный клинический опыт, этот метод остается небезопасным. Главным образом это связано с применением донорской крови. В результате её использования возникают различные осложнения, для устранения которых многие исследователи искали альтернативные растворы для первичного заполнения АИК [1]. Также немаловажную роль в развитии осложнений в послеоперационный период играют физиологические, технические, хирургические и деонтологические аспекты.

С течением времени аппараты искусственного кровообращения постоянно модифицировались, появились дополнительные устройства, позволяющие минимизировать повреждающее действие на организм, такие как оксигенаторы, экстракорпоральные контуры с минимальным первичным объемом заполнения, изготовляемые из биосовместимых материалов.

Но, несмотря на все достижения кардиохирургии в этом направлении до сих пор высок риск послеоперационных осложнений, так как эта процедура расстраивает все звенья гомеостаза.

Пациентом современной кардиохирургической клиники всё чаще становится человек, находящийся в очень тяжелом состоянии: новорожденный, ребёнок с малым весом или тяжелым врожденным пороком сердца или же взрослый, подвергающийся повторному хирургическому вмешательству или имеющий сопутствующие патологии [2].

Главной целью перфузиолога, как и много лет назад, является обеспечение наибольшей безопасности пациента во время проведения операции и минимизация послеоперационных осложнений.

Целью работы является проведение анализа литературных источников, научных статей и статистических данных по вопросу применения аппарата искусственного кровообращения в кардиохирургической практике.

Материалы и методы исследования

Материалами исследования послужили научные публикации отечественных и зарубежных ученых, опубликованные за последние 10 лет.

Результаты исследования и их обсуждение

Перфузиология – интенсивно развивающаяся отрасль медицины, которая изучает использование аппарата искусственного кровообращения при оперативных вмешательствах на сердце, которые предполагают выключение сердца из кровообращения.

Первые аппараты искусственного кровообращения (АКИ) были применены в клинической практике более 60 лет назад, причем довольно-таки успешно. С развитием кардиохирургии аппараты для перфузии длительно совершенствовались, многократно модифицировались и корректировались; в практику вводились новые методы искусственного кровообращения.

Создателем первого АИК считается советский ученый-патофизиолог С.С. Брюхоненко. В 20-е годы XX века он подробно изучал механизмы терморегуляции и причины повышения температуры тела. На основании полученных данных Брюхоненко разработал методику «переживания» головы собаки, отделенной от тела, с помощью так называемого автожектора, который со временем был запатентован в Англии, Франции и Германии. Сначала автожектор применялся для выведения организма из состояния клинической смерти, а с 1929 года он стал использоваться и для экспериментальных операций на сердце с отрытым доступом. Идея оживления после наступления клинической смерти нашла практическое применение в методиках вспомогательного кровообращения [4].

Первая успешная операция на человеке с выключением сердца из кровообращения при ушивании дефекта между предсердиями была проведена 6 мая 1953 года. В России же операции, проводимые с использованием АИК вошли в практику чуть позже, в 1957 году (первые операции были проведены под руководством А.А. Вишневского).

Тем не менее, долгое время подобные операции не находили широкого применения ввиду большого количества недостатков аппарата и высокими показателями послеоперационных осложнений. АИК для своего заполнения требовал до 4-6 литров донорской крови, аппараты были крайне ненадежны, так как физиологические узлы аппарата использовались многократно, да и способы управления таким устройством были крайне тяжелыми.

С момента первой операции аппараты постоянно усовершенствовались, появились оксигенаторы с минимальными первичными объемами заполнения; кроме того постоянно внедрялись новые биосовместимые материалы. Все это минимизировало неблагоприятное воздействие перфузии на организм. Разработка и внедрение гемодилюции (Panico F., Neptune W., 1959 г.), гипотермии в сочетании с искусственным кровообращением (Sealy W., 1958 г.) и защиты миокарда (Melrose D.G., 1955 г.) способствовали оптимизации перфузионных протоколов и повлекли за собой ряд фундаментальных исследований, посвященных изучению патофизиологических и клинических аспектов этих направлений [3].

АИК состоит из двух блоков: механического и физиологического. Механический блок включает в себя собственно сам АИК, который имеет центрифужные и роликовые насосы [7], электронные системы контроля (температуры, давления, уровня в кардиотомном резервуаре, пузырьков воздуха) и безопасности. Главным узлом механического блока является артериальный насос, замещающий функцию сердца и регулирующий минутный объем крови. Другие роликовые насосы используются в качестве коронарных отсосов, для нагнетания раствора, а также осуществляют ультрафильтрацию [4].

Физиологический блок состоит из одноразового экстракорпорального контура, выполняющего роль оксигенатора, то есть замещающего легкие. Его основная функция заключается в насыщении крови кислородом и выведении углекислого газа. Для пациентов разных возрастных и весовых категорий применяются оксигенаторы с различной максимальной производительностью и разными объёмами первичного заполнения. ЭК-контур состоит из кардиотомного резервуара, который может быть как жестким, так и мягким; насосного сегмента; теплообменника; артериального фильтра-ловушки; двух или трех магистралей для отсосов и артериальной/венозной линий.

Перед тем, как начать искусственное кровообращение, ЭК-контур заполняют, диаэрируют, и только после этого подсоединяют к сердечно-сосудистой системе [9].

Существуют различные схемы и методы подключения ЭК-контура к сердцу, в зависимости от патологической причины, которую будут устранять во время операции. При стандартном подсоединении используется следующая схема: верхняя полая вена (ВПВ), нижняя полая вена (НПВ), аорта (Ао) (рис. 1a).

Схемы подключения ЭК-контура к сердцу: а – стандартная, б – двухсекционная, в — обходная.

При проведении операций без вскрытия камер сердца или при остановке кровообращения с глубокой гипотермией считается достаточным применение одного венозного катетера. Также существует метод двухсекционного подключения, при котором один порт забора подсоединяют к сердцу на уровне правого предсердия, а другой – на уровне нижней полой вены. (Рис. 1б). В случаях, когда операцию проводят на аорте, а именно на восходящей её части или дуге, а также при повторных вмешательствах канюлю присоединяют к бедренной артерии. (Рис 1в).

Редкими случаями подключения являются бедренно-бедренный метод канюлирования и метод левожелудочкового обхода. Последний метод широко используется при реконструктивных операциях торакоабдоминального отдела аорты, для создания частичного сердечно-легочного обхода.

Для определения размера аортальных канюль, использующихся при присоединении ЭК-контура, учитывают максимальный минутный объем кровообращения индивидуальный для каждого конкретного пациента, а также пропускную способность канюли определенного диаметра. Выбор диаметра венозного катетера зависит от массы тела пациента и от диаметра полых вен, который хирург определяет визуально. В норме диаметр катетера должен быть не более 2/3 от просвета сосуда.

Если невозможно обеспечить адекватный венозный отток крови, в частности из-за низкой пропускной способности катетеров, применяют технику вспомогательного венозного дренажа. Эта методика является эффективной и безопасной благодаря тому, что улучшается венозный возврат без изменения градиента между кардитомным резервуаром и правыми камерами сердца, не травмируются форменные элементы крови, а также не происходит образование микроскопических эмболов.

Как только хирург подключил катетеры к магистральным сосудам, начинается перфузия. Существует две её разновидности: параллельная и полная. Параллельной перфузия считается до момента пережатия полых вен и, соответственно, прекращения притока крови к сердцу, а полной – после пережатия полых вен.

После снятия турникетов с полых вен и зажима с аорты начинается параллельная перфузия, которая может проводиться с полными объемными скоростями, когда необходимый минутный объем крови обеспечивается аппаратом искусственного кровообращения, и во вспомогательном режиме, когда часть минутного объема крови обеспечивается работой сердца, а часть – производительностью артериального насоса.

Составы первичного объема заполнения (прайма) разнообразны и зависят от многих показателей (объема циркулирующей крови, возраста и массы тела пациента, исходного гематокрита и т. д.). К основным компонентам прайма относят кристаллоидные и корригирующие растворы (KCl, NaHCO3), эритроцитарную массу, гепарин, растворы естественных (альбумин, сверхзамороженная плазма) и синтетических коллоидов (гидроксиэтилкрахмал и производные желатины), маннитол, апротинин и антибиотик [5].

АИК оказывает негативно воздействие на организм, вызывает гипероксию, гипотермию, гемодилюцию; его использование повреждает форменные элементы крови и запускает воспалительный процесс; кроме того при его использовании кровоток становится непульсирующим, что приводит к нарушению постоянства внутренней среды организма [4].

В результате этого развивается синдром системной воспалительной реакции (ССВР), к его развитию приводят активация фибринолиза, коагуляции, системы комплемента и калликреин-кининовой системы. Активируются тромбоциты и лейкоциты, повреждаются клетки эндотелия сосудов. Все это приводит к увеличению проницаемости сосудов, накоплению жидкости в интерстициальном пространстве, нарушению микроциркуляции и гипоперфузии ткани с морфофункциональными изменениями [6]. Могут возникнуть такие осложнения, как кровотечение и повреждение легких.

Клиническими проявлениями чрезмерного иммунного ответа является постперфузионный синдром, включающий в себя лихорадку, респираторные нарушения, почечную недостаточность, коагулопатии, дисфункцию миокарда и неврологические осложнения. Новорожденные и дети первого года жизни наиболее подвержены негативным влияниям переливания крови, это связано с морфофункциональными особенностями молодого организма и незрелостью иммунной системы.

Достижением перфузионных технологий является применение мини-контуров, гепариновых и биосовместимых покрытий. Применение мини-контуров без кардиотомных резервуаров позволили сократить контактную поверхность и уменьшить нарушение целостности ткани [8]. А это в свою очередь исключает возникновение ССВР за счет повышения биологической совместимости применяемых материалов, так как уменьшается контакт с чужеродной поверхностью.

Усовершенствованные оксигенаторы минимально травмируют форменные элементы и белки крови, а также обеспечивают оптимальный газовый состав.

Инновационными внедрениями в технику перфузии стали лейкодеплеция (уменьшение числа лейкоцитов) и ультрафильтрация, а также добавление в прайм (первичный объем заполнения) кортикостероидов, донорских NO-соединений и апротинина. Активированные лейкоциты повреждают эндотелий сосудов, поэтому их непрерывное удаление из переливаемой крови предотвращает возникновение воспалительного процесса. Также с донорскими лейкоцитами возможен перенос различных вирусных заболеваний (ВИЧ-инфекция, гепатиты B и C). В связи с этим для удаления лейкоцитов применяют специальные фильтры, гидрофильная синтетическая поверхность которых имеет высокое сродство к лейкоцитам, что обеспечивает высокую степень очистки.

Читайте также:  Эскузан мазь: особенности, показания и инструкция по применению

Для новорожденных и маловесных детей разрабатываются педиатрические ЭК-контуры, которые позволяют не только уменьшить контактирующую поверхность, но и минимизируют первичный объем заполнения этих систем вплоть до полного отказа от компонентов донорской крови.

Значительный вклад в развитие кардиохирургии принесло внедрение гипотермии в процесс искусственного кровообращения. Гипотермия оказывает на организм как положительные, так и отрицательные воздействия. К положительным характеристикам гипотермии, улучшающим показатели гемодинамики при применении аппарата искусственного кровообращения, относятся снижение интенсивности метаболических процессов и потребности организма в кислороде. Благодаря этому увеличивается устойчивость организма к гипоксии. За счет увеличения растворимости газов и снижения парциального давления углекислого газа в крови наблюдается сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону. К отрицательным эффектам относятся централизация кровообращения за счет резкого снижения скорости кровотока в мышцах, коже и жировой ткани, повышение вязкости крови, а также увеличение сродства гемоглобина к кислороду, благодаря сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево.

Метаболизм катехоламинов в организме значительно снижается при гипотермии, в результате чего кровоснабжение сердечных и скелетных мышц ухудшается. При полной перфузии из кровотока выключаются легкие, что также негативно влияет на организм, так как в них происходит инактивация многих гормонов и вазоактивных веществ.

В современной кардиохирургии имеется тенденция к ограничению использования низких температур, однако в хирургии сложных врожденных пороков сердца гипотермическая перфузия по-прежнему остается предпочтительным методом [5].

Современные технологии позволяют минимизировать негативное влияние АИК на организм человека и значительно снижают риск возникновения послеоперационных осложнений. Общей тенденцией в дальнейшем совершенствовании аппаратов является модифицирование физиологического блока для одноразового пользования, микропористых фильтров в артериальной линии и переход к мембранным оксигенаторам.

Своевременная диагностика расстройств, возникающих во время и после проведения перфузии, является одним из главных элементов, на основании, которого проводятся многочисленные эксперименты по улучшению и повышению качества перфузии. Большинство признаков адекватности перфузии являются интегральными показателями, характеризующими «среднее» состояние организма. Поэтому мнение В.П. Осипова (1971 г.) о том, что «состояние кровотока на уровне микрососудов является прямым признаком качества перфузии» и что «ряд признаков адекватности перфузии достоверны только при отсутствии нарушений микроциркуляции», особенно актуально сегодня, когда наши возможности понять и оценить параметры микроциркуляции значительно расширились.

Шанс на спасение — искусственное сердце

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.

Читайте в этой статье

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.

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.

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.

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.

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:

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.

Читайте также:  Низкий иммуноглобулин Е у ребенка: что означают отклонения от нормы?

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.

Выполняется пересадка сердца по показаниям. Операция проводится в России, Украине, Германии, Белоруссии. Делают ее даже ребенку. Сколько живут после — зависит от многих факторов: как прижился орган, образ жизни пациентов, наличие осложнений и т.д.

Патология дилатационная кардиомиопатия — опасное заболевание, которое может спровоцировать внезапную смерть. Как проводится диагностика и лечение, какие могут возникнуть осложнения при застойной дилатационной кардиомиопатии?

Спасти жизнь может протезирование клапанов сердца, например, митрального и аортального. Операции по вживлению протеза проводят даже на бьющемся сердце. Могут быть осложнения, нужна реабилитация.

Возникает аритмия после операции довольно часто. Причины появления зависят от того, какое именно вмешательство было проведено — РЧА или абляция, шунтирование, замена клапанов. Также возможна аритмия после наркоза.

Тяжелым осложнением считается аневризма сердца после инфаркта. Прогноз существенно улучшается после операции. Иногда лечение проводится медикаментозно. Сколько живут с постинфарктной аневризмой?

Если предстоит операция по установке кардиостимулятора, то пациент переживает, как она проходит, сколько длится, опасна ли для жизни, что это за аппарат. Стоит успокоиться, эта операция достаточно безопасна, проводят ее за сутки, на вторые пациент может идти домой. Возможна в пожилом возрасте, но есть противопоказания. Какие есть плюсы и минусы, как работает кардиостимулятор? Что такое имплантация экс?

Такое исследование, как биопсия сердца, не делается без особой необходимости. Например, важна эндомиокардиальная биопсия после пересадки сердца. Как проводится и как проходит для пациента биопсия сердца?

Если выявлена аневризма сердца, операция может стать единственным шансом на спасение, только с ней прогноз улучшается. Жить без операции в целом можно, но только в том случае, если аневризма, например, левого желудочка очень маленькая.

Развиваться гипертрофия миокарда может незаметно, стадии и признаки вначале неявные. Механизм развития гипертрофии левого желудочка и предсердий известен, их видов выделяют концентрическую, эксцентрическую. Какие экг-признаки и лечение в этом случае?

Принцип работы аппарата искусственного кровообращения

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.

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.

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.

Анестезия и наркоз

Особенности наркоза при использовании аппарата искусственного кровообращения связаны с риском возникновения осложнений, вызванных рефлекторной реакцией организма, изменением гемодинамики сердца и других органов, отсутствием газообмена в легких, что может привести к ателектазам. Поэтому этапы общей анестезии при искусственном кровообращении имеют свои особенности.

  1. Премедикация. Должна быть многокомпонентной.
  2. Доперфузионный период. Проводится как обычно, но высока вероятность отека мозга, что требует ИВЛ с повышенным давлением на вдохе и на выдохе, это позволит уменьшить венозный застой в полых венах.
  3. Перфузионный период. Анестетики поступают через АИК. ИВЛ проводится с повышенным давлением на выдохе, для предотвращения ателектазов.
  4. Постперфузионный период. Необходимо восстановить гемодинамические показатели, иногда требуется длительная ИВЛ.

Аппарат искусственного кровообращения позволяет оказать хирургическую помощь при заболеваниях сердца. Методы его использования и сама аппаратура постоянно улучшаются и модернизируются, что способствует развитию кардиохирургии и других отраслей медицины.

Я создал этот проект, чтобы простым языком рассказать Вам о наркозе и анестезии. Если Вы получили ответ на вопрос и сайт был полезен Вам, я буду рад поддержке, она поможет дальше развивать проект и компенсировать затраты на его обслуживание.

Искусственное кровообращение

Аппарат искусственного кровообращения (АИК) представляет сложную многофункциональную систему, состоящую из насосов, оксигенатора, фильтра, трубопроводов. Современные аппараты наряду с ручным имеют компьютерное программное управление.

Принцип ИК заключается в следующем. Кровь больного забирают из венозного русла, как правило, из полых вен в венозный резервуар аппарата, а затем в оксигенатор. В оксигенаторе происходит насыщение крови кислородом и удаление углекислого газа. Оксигенированную кровь перекачивают насосом в артериальное русло, обычно в нисходящий отдел аорты. Отдельным отсосом забирают изливающуюся в плевральную полость кровь и возвращают ее в венозный резервуар. АИК оснащен теплообменником, который предназначен для быстрого охлаждения и согревания крови.

Насосы. В современных АИК применяют роликовые или центрифужные насосы. Насосы создают в замкнутой тюбинговой системе перепад давления, за счет чего происходит перекачивание крови по трубопроводам. В роликовом насосе движение крови создается за счет пережатия трубки вращающимся роликом в насосной камере. Скорость вращения ролика регулируется, в зависимости от этого возможно создание как непульсирующего, так и пульсирующего потока крови. Пульсирующий поток считается более физиологичным, при нем в меньшей степени увеличивается периферическое сопротивление сосудов, тем самым создается более полноценная микроциркуляция. Однако при непульсирующем потоке меньше повреждаются эритроциты, уменьшается гемолиз. Еще меньшее повреждение крови происходит в центрифужных насосах, в которых не создается окклюзионное давление.

Кроме основного насоса имеются еще несколько вспомогательных. 1. — насос для удаления крови из операционного поля (кардиотомический отсос), 2. — для введения кардиоплегического раствора в коронарные сосуды (кардиоплегический), 3. – для дренирования крови из левого желудочка (дренаж ЛЖ).

Кровь в АИКе движется по трубопроводам. Трубопроводы изготавливают стерильными, для разового применения. В артериальном контуре трубопровода устанавливают фильтр для улавливания газовых пузырьков.

Оксигенаторы бывают двух типов – пузырьковые и мембранные. В пузырьковых оксигенаторах газообмен происходит при прямом контакте кислорода с кровью. Считают, что такие оксигенаторы приводят к более сильному повреждению эритроцитов и тромбоцитов, однако они относительно дешевле. В мембранных оксигенаторах кровь отделяется от кислорода полупроницаемой мембраной, через которую и происходит газообмен.

Читайте также:  Билирубин 40: причины, симптомы, методы лечения

Теплообменник предназначен для охлаждения и согревания крови в пределах от 4о до 42 о С. При повышении температуры крови растворимость газов снижается, в ней могут появляться пузырьки воздуха.

Фильтры в аппарате выполняют разную роль, поэтому их устанавливают в нескольких местах: на линиях артериальной магистрали и рециркуляции, в системе коронарного отсоса.

Одни из них улавливают из крови газовые пузырьки, другие — микрочастицы (тромбы, частички жира, фрагменты тканей).

Заполняющая жидкость. В ранних моделях АИК экстракорпоральный контур заполняли гепаринизированной цельной кровью. Нередко возникали проблемы с совместимостью донорской крови. Однако это было вынужденной мерой, поскольку объем заполнения резервуара достигал 4-х литров и более. В современных АИК заполняют резервуар значительно в меньшем объеме (1,5-2 л). Это позволило отказаться от использования цельной крови для заполнения наружного контура аппарата, и использовать для этой цели плазмозамещающий раствор. При смешивании крови больного с раствором, заполняющем систему АИК, гематокрит снижается до 20-25%. При хорошей оксигенации и достаточном органном кровотоке не происходит значимой тканевой гипоксии. У больных с низким предоперационным показателем гемоглобина и прогнозируемым снижением гемоглобина во время ИК ниже 20%, к заполняющей аппарат жидкости добавляют кровь. Основу заполняющей жидкости составляет раствор лактата натрия. К нему добавляют реополиглюкин, маннитол, гидрокарбонат натрия, калий. Во всех случаях окончательная заполняющая жидкость должна быть изоосмоляльной и с физиологическим значением рН.

Методика ИК. Аппарат заполняют перфузатом, удаляют воздух из артериальной магистрали. Больному вводят гепарин (ориентировочно 300 ЕД/кг), после чего канюлируют восходящую аорту и полые вены. Переход на искусственное кровообращение осуществляют в два этапа. Первоначально проводят параллельное кровообращение. При работающем сердце запускают в работу АИК, добиваясь четкого баланса между притоком крови в аппарат и ее оттоком. В течение 2-3 минут увеличивают производительность аппарата до 2,2-2,4 л/м2/мин, затем переходят только на искусственное кровообращение. ИК приводит к активации многих гормональных систем. В крови увеличивается концентрация катехоламинов, АДГ, ангиотензина, кортизола и других стрессовых гормонов. Общая анестезия лишь частично способна блокировать стрессовую реакцию. Улучшение микроциркуляции достигают введением вазодилататоров.

После начала ИК отмечается выраженное снижение артериального давления, которое через 10-15 мин повышается, но обычно не достигает исходного уровня. Во время перфузии среднее АД поддерживают на уровне 50-60 мм рт. ст., повышение среднего давление выше 100 мм рт. ст. служит основанием для применения вазодилататоров.

Защита миокарда. Процесс ИК предполагает пережатие аорты между аортальной канюлей и аортальным клапаном. Сердце изолируется от потока оксигенированной крови. Риск ишемического повреждения миокарда снижают охлаждением сердца до 15-18оС. При такой температуре сердце выдерживает полную ишемию в течение одного часа. Снижению энергетических потребностей миркарда способствует и остановка сердца (кардиоплегия). Асистолия должна быть полной, фибрилляция желудочков удваивает потребность миокарда в кислороде. Повреждению миокарда способствуют инотропные препараты и большие дозы хлористого кальция.

Калиевая кардиоплегия. Стандартным методом прекращения электрической активности сердца является перфузия коронарных сосудов кристаллоидным раствором или кровью с содержанием калия и мембраностабилизирующего препарата (новокаин). Охлажденный кардиоплегический раствор в объеме 500-1000 мл вводят в коронарные артерии. Высокая концентрация внеклеточного калия приводит к снижению трансмембранного потенциала и инактивации натриевых каналов. Сердце останавливается в фазу диастолы. Постепенное вымывание кардиоплегического раствора и повышение температуры сердца приводит к восстановлению сердечной деятельности, поэтому холодовую кардиоплегию повторяют каждые 30 мин.

После окончания этапа операции на сердце удаляют зажим с аорты, восстанавливается коронарный кровоток. Кардиоплегический раствор вымывается, одновременно производят согревание сердца. Часто сердечная деятельность восстанавливается самостоятельно. Иногда это восстановление происходит через фибрилляцию желудочков. В таких ситуациях производят прямую электрическую дефибрилляцию. При удовлетворительной работе миокарда поток крови через АИК постепенно сокращают до полного прекращения. О полноценной сердечной деятельности свидетельствует нормализация артериального давления, удовлетворительные показатели сердечного выброса и общего периферического сопротивления сосудов.

Составные части АИК.

Любой АИК состоит из двух блоков: физиологического и механического. К физиологическому блоку относятся все детали, соприкасающиеся с кровью. Основными узлами физиологического блока являются оксигенатор, или «искусственное легкое», и артериальный насос, или «искусственное сердце». Сюда же относятся различного рода емкости и шланги, с помощью которых узлы физиологического блока соединяются между собой, образуя так называемый циркуляторный контур аппарата, по которому движется кровь во время искусственного кровообращения. На рисунке представлена типичная схема АИК используемого в кардиохирургии для общего искусственного кровообращения [2].

Схема аппарата искусственного кровообращения: 1 — коронарный отсос; 2 — манометр; 3 — фильтр-ловушка; 4—теплообменник; 5 — артериальный насос; 6 — оксигенатор; 7 — приемный сосуд.

Манометр — прибор для измерения давления газа и жидкостей в замкнутом пространстве кровообращение искусственный кардиохирургия

Венозная кровь из сосудов больного самотеком переливается в оксигенатор, располагающийся ниже уровня операционного стола, где насыщается кислородом, освобождается от избытка углекислоты и далее артериальным насосом нагнетается в кровяное русло больного.

Перед тем как попасть в кровяное русло больного кровь проходит через теплообменник (устройство для поддержания необходимой температуры крови) и фильтр-ловушку, предохраняющий от попадания в сосудистое русло больного эмболов (тромботические массы, кусочки кальция с клапанов и пузырьки газа). Кровь из вскрытых полостей сердца и поврежденных тканей эвакуируется в АИК с помощью специального устройства — так называемого коронарного отсоса.

Аппарат искусственного кровообращения состоит из:

  • 1) Оксигенатора (искусственного лёгкого),
  • 2) Теплообменника, обеспечивающего поддержание необходимого температурного режима,
  • 3) Регулируемого артериального насоса (искусственного сердца),
  • 4) Артериальной и венозной магистралей для тока крови,
  • 5) Одного либо нескольких микрофильтров, улавливающих во время искусственного кровообращения из крови агрегаты форменных элементов, пузырьки газа и другие микроэмболы.
  • 6) Кроме того, имеются специальные системы для дренирования левого желудочка и отсасывания из операционной раны крови (так называемый коронарный отсос), измерительные устройства для определения производительности насосной системы, показателей расхода газов, перфузионного давления, уровня крови в искусственном лёгком и т.д.

Оксигенатор. Кровь попадает туда из катетеризированных вен правого предсердия самотеком. В оксигенаторе она насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа. Оксигенаторы делятся на два основных класса: оксигенаторы, в которых газообмен осуществляется при непосредственном контакте кислорода с кровью, и оксигенаторы, где кровь и кислород разделены газопроницаемой мембраной.

В первый класс входят два типа: пузырьковые и пленочные. Второй класс получил название мембранных оксигенаторов.

Большая площадь контакта кислорода с кровью в пузырьковых оксигенаторах достигается путем подачи газообразного кислорода непосредственно в кровь.

Газообмен кислорода с кровью в пленочных оксигенаторах достигается благодаря созданию тонкой пленки крови на какой-либо твердой основе, помещенной в атмосферу кислорода. В мембранных оксигенаторах газообмен между кровью и кислородом осуществляется через газопроницаемую мембрану.

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.

Схемы теплообменников: а) трубчатый теплообменник: кровь протекает через ряд параллельных трубок, помещенных в цилиндрическую емкость, через которую циркулирует вода; б) — щелевой теплообменник типа «труба в трубе»: кровь протекает через узкую щель между внутренней и наружной трубами (с двойными стенками), по которым циркулирует вода-направление движения крови указано белыми стрелками, воды — пунктирными стрелками.

Артериальный насос. По своей конструкции он может быть мембранный, камерный, роликовый, пальчиковый. Основная функция его состоит в нагнетании оксигенированной крови в артерию.

Фильтр-ловушка. Кровь, попадая в аппарат искусственного кровообращения, может образовать сгустки, содержать пузырьки газа, поэтому перед обратным поступлением в кровеносное русло больного ее фильтруют.

Коронарный отсос. Его задача отсасывать излившуюся кровь из раны и возвращать в циркуляторный контур аппарата искусственного кровообращения.

Насосы. Конструкция и изготовление устройств, выполняющих нагнетательную функцию сердца, встречают меньше трудностей, чем решение проблемы искусственной артериализации крови. Создаются насосы, обладающие производительностью, приблизительно равной минутному объему сердца в покое, то есть порядка 5 л?мин, однако при их конструировании учитываются специфические требования, предъявляемые к «искусственному сердцу».

Практическое применение в АИК нашли два основных класса насосов: клапанные и бесклапанные.

Клапанные насосы подразделяются на насосы с внутренними и наружными клапанами. Наиболее типичными представителями клапанных насосов являются мембранные и камерные насосы (на рисунке номера 1 и 2).

Схемы клапанных (1 и 2) и бесклапанных (3 и 4) насосов: 1 — мембранный насос; 2 — камерный насос; 3 — роликовый насос; 4 — пальчиковый насос; а и б последовательные положения подвижных частей (направление передвижения указано черными стрелками) насоса в различные моменты его рабочего цикла; направление движения крови указано белыми стрелками.

Бесклапанные насосы работают по принципу выдавливания крови из эластичной трубки путем прокатывания по ней ролика или попеременного пережатия ее механическими «пальцами» (роликовые и пальчиковые насосы, на рисунке номера 3 и 4). При конструировании насосов для АИК учитывают реологические свойства крови (вязкость, скорость тока крови по магистралям аппарата и другое), чтобы свести к минимуму травматизацию ее клеток.

Ссылка на основную публикацию