Модуль Air

Воздух из баллона проходит через штуцер (Ш3). Клапан регулируемый предохранительный (КРП3) сбрасывает давление газа если оно больше 4,8 атм. Далее воздух проходит по двум магистралям: магистрали Air и управляющей. Датчик давления (ДД8) контролирует наличие воздуха в баллоне, и если воздух заканчивается, то оповещает об этом контроллер. По магистрали Air через клапан пропорциональный (КПР3), который управляет расходом газа с помощью напряжения, воздух подается в распределитель (Р4). Датчик давления (ДД9) измеряет давление на входе в дроссели (ДР4 и ДР5), далее передает информацию на контроллер, который пересчитывает ее и выдает информацию о расходе проходящем через дроссели. По магистрали управления воздух поступает на клапаны электромагнитные (КЕ5 и КЕ6). В зависимости от режима на клапаны поступает электрический сигнал о включение, далее через один из клапанов воздух поступает на Р4, переключая его, и тем самым пропуская воздух либо через ДР4 либо через ДР5, в базовый модуль через соединение (С).

Модуль N₂O

Закись азота из баллона или внешней магистрали проходит через штуцер (Ш2). Клапан регулируемый предохранительный (КРП2) сбрасывает давление газа если оно больше 4,8 атм. Далее закись азота идет по магистрали N₂O через клапан пропорциональный (КПР4), который управляет расходом газа с помощью напряжения, в распределитель (Р5). Датчик давления (ДД6) контролирует наличие закиси азота в баллоне, и если закись азота заканчивается, то оповещает об этом контроллер. Датчик давления (ДД7) измеряет давление на входе в дроссели (ДР6 и ДР7) и передает информацию на контроллер. По магистрали управления через пневморазъем кислород поступает на клапаны электромагнитные (КЕ7 и КЕ8). В зависимости от режима на клапаны поступает электрический сигнал о включение, далее через один из клапанов кислород поступает на Р5, переключая его, и тем самым пропуская закись азота либо через ДР6 либо через ДР7, в базовый модуль через соединение (С), где закись азота смешивается с кислородом.

4.2 Системы вспомогательного кровообращения (ВК).

4.2.1. Двухэтапная трансплантация сердца.

Сердечная недостаточность (СН) осложняет течение сердечно-сосудистых заболеваний у 2-3% населения развитых стран; при выраженной ее степени летальность в течение 5 лет достигает 75%. Расходы на лечение СН составляют 1 – 2% бюджета здравоохранения стран Западной Европы и США.

По результатам многочисленных исследований, проведенными компаниями CIBIS, ATLAS, PROVED, RADIANCE, SUPPORT, было установлено, что стоимость хирургического лечения хронической СН ниже, чем стоимость госпитализаций и медикаментозного лечения.

Кроме того, кардиологи всего мира вынуждены ставить диагноз критической, устойчивой к медикаментозной терапии сердечной недостаточности почти у 2,5 миллионов пациентов ежегодно. При применении самых мощных схем терапевтического лечения достигается лишь временный эффект.

Таким образом, вопросы хирургического лечения терминальной сердечной недостаточности (СН) занимают одно из ведущих мест среди проблем современной кардиологии. Перспективным методом хирургического лечения критической СН является использование механических систем вспомогательного кровообращения (СВК) – искусственных желудочков сердца (ИЖС), полностью или частично замещающих функцию пораженного сердца.

По многочисленным оценкам зарубежных экспертов, количество больных, нуждающихся в подключении СВК, составляет 3-7% от общего числа пациентов, которым выполняются операции на сердце. Согласно оценке наших специалистов, этот процент значительно выше в связи с исходно тяжелым состоянием оперируемых.

В настоящее время в России возможна лишь кратковременная механическая поддержка поврежденного сердца с помощью центрифужных насосов, длительность их использования ограничивается двумя сутками из-за высокого риска тромбообразования и неконтролируемого кровотечения. При замене насадки каждые двое суток срок эксплуатации несколько увеличивается вместе со стоимостью механической поддержки. Современные гемодинамические системы для длительного использования в России отсутствуют.

Анализ данных мировой литературы показывает, что к настоящему времени накоплен значительный опыт использования различных систем вспомогательного кровообращения. Существует несколько клинически апробированных, достаточно эффективных устройств пульсирующего типа, обеспечивающих поддержку более чем 1 год и используемых в качестве моста к трансплантации сердца, при этом позволяющих больному в течение длительного времени (до 18 – 36 мес.) находиться вне стационара и даже работать (в частности, Novacor, Thorathec и Berlin Heart).

Ограничением для их массового использования является громоздкость, энергоемкость и связанная с этим сложность в автономном обеспечении энергией, сложность в использовании, высокий риск инфекционных осложнений, высокая цена. С 1998 г. несколько имплантаций системы Novacor было выполнено и в России. Над созданием аналогичного аппарата сейчас работают в НИИТиИО и МАИ.

Следует заметить, что под понятием «системы вспомогательного кровообращения» следует понимать механические системы, производящие перемещение крови с целью снижения работы миокарда и /или увеличения его энергоснабжения. Исходя из этого, задачи кровообращения сводятся к следующему: снижение нагрузки на миокард (за счет подключения СВК) и увеличение снабжения его и других органов кислородом (за счет улучшения коронарной и системной перфузии, т.е. системный кровоток складывается из суммы естественного выброса сердца плюс выброса насоса).

Прогресс в технических областях, появление новых материалов на основе биополимеров и керамики, современных малогабаритных компьютерных систем управления позволяют в настоящее время решить проблему временной и постоянной поддержки кровообращения ссовершенно новых позиций.

Применение ИЖС позволяет значительно уменьшить летальность среди больных с острой сердечной недостаточностью (кардиогенный шок, послеоперационный синдром низкого сердечного выброса и др.), снизить потребность в дорогостоящей медикаментозной терапии, длительном стационарном лечении (в отделениях реанимации и интенсивной терапии). Разработка и промышленное освоение таких систем позволит решить проблему оказания помощи больным с терминальной стадией сердечной недостаточности, нуждающихся в трансплантации сердца, так как, позволяет выполнять ее при более благоприятных условиях.

4.2.2. Варианты применения ВК.

Радикальным методом лечения сердечной недостаточности является использование различных механических систем, замещающих функцию пораженного сердца. Однако цель их применения едина – восстановление полноценной гемодинамики и органной перфузии за счет поддержки или полного замещения нагнетательной функции пораженного сердца.

Существуют три основных варианта применения СВК:

1. В 9% случаев механические системы используются как вариант временной гемодинамической поддержки для преодоления периода остро возникшей критической СН, когда высока вероятность восстановления нормальной деятельности сердца через определенный период времени при интенсивной специфической терапии. СВК во время посткардиотомного шока после выполнения больших реконструктивных операций (например, иссечение аневризм ЛЖ), при злокачественном течении некоторых видов миокардитов, миокардиодистрофий и т. п. позволяют разгрузить желудочек сердца, снизить потребности миокарда в кислороде, увеличить субэндокардиальную перфузию. Время применения систем у таких больных колеблется от 1 недели до 1 года.

2. «Мост к выздоровлению» или «мост к трансплантации» с последующим отключением системы и практически полной компенсацией сердечной деятельности при ДКМП (дилатационной кардиомиопатии) и острых миокардитах. Введение в 80-х годах циклоспоринов в клиническую практику сделало трансплантацию сердца наиболее эффективным методом лечения терминальных стадий заболеваний сердца, включая хроническую СН, с 10-летней выживаемостью около 50%. Однако пациенты в ожидании подходящего донорского сердца нуждаются в постоянном внутривенном введении инотропных препаратов, до 30% из них погибают в этот период. По данным Регистра международного общества трансплантации сердца и легких, потребность в донорских сердцах (60000–70000) значительно превышает их наличие (всего 2500–3000 в год). Применение СВК в качестве «механического моста» позволяет реципиентам пережить период ожидания донорского сердца. Это второй вариант - 87% случаев использования. Мультицентровое клиническое исследование, завершенное в 1993 г., продемонстрировало рост выживаемости пациентов к моменту пересадки сердца с 50% на фоне медикаментозной терапии до 70 % с применением СВК. У наиболее тяжёлого контингента больных, состояние которых требовало применения систем ВК, 30-дневная выживаемость после трансплантации сердца (ТС) составила 74%, долгосрочная – 52% при средней длительности механической поддержки 19 суток.

3. После трансплантации сердца часто возникает реакция отторжения, а так же инфекционные осложнения, плюс необходимость проведения постоянной иммуносупрессии. На рубеже второго тысячелетия в качестве наиболее обещающей альтернативы трансплантации сердца, в случае противопоказаний или ограничений к ее выполнению, выступило вспомогательное или заместительное кровообращение. 4% случаев использования СВК – вариант длительного (постоянного) замещения пораженного желудочка (сердца).

Таким образом, по оценке Национального Института здоровья США, мировая потребность в описанных трех вариантах механических систем составляет до 10000 в год. Предполагается, что к 2010 году 70000 больных будут кандидатами для механической поддержки или замещения функции сердца.

4.2.3. Классификация методов ВК.

В современной экспери­ментальной и клинической практике применяются и исследуются многочисленные методы механической поддержки циркуляции, различающиеся по способам воздей­ствия на гемодинамику и метаболизм организма, отличающиеся по методам под­ключения, по конструкциям исполнительных устройств и многим другим биотехни­ческим характеристикам. К настоящему времени эти методы систематизированы и предложен ряд классификаций. Ниже представлена классификация, предложенная Д.В.Шумаковым в 2000 г. [1]:

По способам воздействия на гемодинамику выделены 3 основные группы методов:

I. ПОЛНАЯ ЗАМЕНА СЕРДЦА.

1. Искусственное сердце (ИС) с внешним приводом;

2. Автономные системы ИС.

3. Бивентрикулярный обход.

4. Кардиомассажер.

II. ЧАСТИЧНАЯ ЗАМЕНА ФУНКЦИИ СЕРДЦА.

1. Контрпульсация (КП):

а) артерио-артериальная периферическая КП;

б) центральная КП;

в) внутриаортальная КП;

г) наружная КП;

д) КП легочной артерии.

2.Частичный обход желудочков сердца:

а) обход левого желудочка сердца;

б) обход правого желудочка сердца;

в) вено-артериальная перфузия.

3.Внутрижелудочковое ВК с помощью насосов-баллончиков.

III. ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ГЕМОДИНАМИКИ И МЕТАБОЛИЗМА

1. Вено-артериальная перфузия с оксигенацией.

2. Перфузия коронарного синуса в непульсирующем и кардиосинхронизированном режимах;

3. Периодическая окклюзия коронарного синуса.

1.3. Классификация систем ВК по типу используемого насоса крови.

На данный момент существует три наиболее распространенных варианта конструкции насосов крови для систем ВК. Каждый из этих вариантов конструкций имеет как положительные стороны, так и отрицательные. Применение какого либо конкретного типа конструкции в системе ВК зависит от многих факторов, таких как: требуемый тип кровотока, предполагаемое время работы устройства, потребляемая мощность, физиологические параметры пациента, стоимость и т.д.

5.2.3.1. Системы ВК на основе насосов пульсирующего типа.

К этой категории относятся устройства для контрпульсации и насосы мембранного типа.

Внутриартериальная баллонная контрпульсация осуществляется путем введения через периферическую артерию (чаще бедренную) баллончика определенной емкости из биополимера, соединенного с электронной системой управления и компрессором. При раздувании баллончика в фазе диастолы кровь из грудной аорты проталкивается в двух противоположных направлениях - к сердцу и на периферию. Таким образом достигается увеличение коронарного кровотока при одновременном снижении периферического сопротивления. Метод широко применяют в отделениях кардиореанимации при лечении больных с кардиогенным шоком, перенесших острый инфаркт миокарда или сложную операцию на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения.

Насосы мембранного типа являются пока единственными устройствами, которые могут применяться при дли­тельном использовании (более года), так как вызывают, особенно насосы с биокла­панами, низкую травму крови и создают пульсирующий кровоток. Кровь через одну канюлю поступает в насос мембранного типа, снабженный входным и выходным клапанами, и через вторую канюлю в пульсирующем режиме выбрасывается в аорту или легочную артерию. Насос может работать как в режиме, синхронном с сокращениями сердца, так и в режиме контрпульсации.

Главными достоинствами данных устройств являются:

- Физиологичный тип создаваемого кровотока.

- Возможность длительного применения. (Насосы мембранного типа).

К недостаткам данных устройств можно отнести:

- Послеоперационные осложнения (инфицирование, кровотечения и т.п.).

- Требуют для имплантации большой объем в организме (порядка 800 см³).

- Для подключения к сердцу и сосудам необходимы большие магистрали, что вызывает дополнительную хирургическую травму.

- При резком увеличении сопротивления на выходе, за насосом резко возрастает давление.

- Высокий уровень вибраций и производимого шума. (Мембранные насосы.)

- Высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

5.2.3.2. Системы ВК на основе насосов центрифужного типа.

Эти системы состоят из управляющего блока и сменной одноразовой головки с магистралями. Головка выполнена в виде акрилового конуса, вращающегося в магнитном поле, создаваемым управляющим блоком. В результате создается эффект «вихря» - кровь втягивается внутрь насоса по центру и выбрасывается по отводящей магистрали сбоку. За счет скорости вращения конуса от 1000 до 4000 об/мин. возможно достичь непульсирующего кровотока до 10 л/мин.

Центрифужный насос обеспечивает объемную разгрузку сердца, одновременно позволяя достичь требуемого уровня периферической циркуляции крови. Такой насос позволяет перекачивать кровь в обход полостей сердца через канюли, введенные в полость предсердия или желудочка сердца и в просвет магистрального сосуда (аорты, легочной или периферической артерии). Метод технически более сложен, чем внутриартериальная контрпульсация, но более эффективен. Его применяют в основном у больных, перенесших операцию на открытом сердце, с целью отключения от аппарата искусственного кровообращения и обеспечения достаточной системной циркуляции крови на период восстановления функции собственного сердца больного.

Достоинства данного типа насосов:

- Меньшие, в сравнении с мембранными насосами, габариты (требуют для установки в грудной клетке порядка 50 см³).

- Малое энергопотребление.

- Высокая надежность и прочность.

- Простота контроля и управления.

- Отсутствие вибраций и низкие шумовые показатели.

- Низкая травма крови.

- Изменение сопротивления на выходе не приводит к резкому изменению давления за насосом.

- Удерживает в проточном канале пузырьки и частицы, не допуская их попадания в кровеносное русло.

- Низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

- Нефизиологичный тип кровотока.

- Необходимость частой смены головок насоса.

- Повышенная опасность кровотечений.

- Малый срок службы

5.2.3.3. Системы ВК на основе насосов аксиального типа.

В основе работы таких систем лежит принцип Архимеда: жидкость подается посредством вращающейся турбины с лопастями, которые расположены по спирали. Все конструкции насосов этого типа имеют часть, вращающуюся в электромагнитном поле, - ротор (импеллер) и неподвижную – статор, а также доставляющий катетер, или корпус.

Достоинства устройств с насосами аксиального типа:

- Простота установки в организм пациента, возможность установки без обширного операционного вмешательства.

- Чрезвычайно маленькие габаритные размеры (для имплантации достаточно 10-12 см³). [1]

- Малое энергопотребление.

- Высокая надежность и прочность.

- Простота контроля и управления.

- Отсутствие вибраций и низкие шумовые показатели.

- Возможность установки пациентам с низкой массой тела.

Существенным недостатком данного типа насосов можно назвать нефизиологичный тип кровотока.

5.2.3.4. Показания для применения систем ВК различных типов.

Показаниями для использования ВК являются:

1. Прогрессирующая сердечная недостаточность с критическими нарушениями сократительной и нагнетательной функции сердца. Критерии:

- сердечный индекс <1,8 - 2,0 л/мин/м², ФВ ЛЖ < 30%, объем поражения миокарда > 35%;

- систолическое АД <90 мм. рт. ст.;

- увеличение давления в ЛП и/или в ПП >20 мм. рт. ст. и ЦВД >15 мм рт. ст.; КДД ЛЖ > 18 мм. рт. ст.

2. Безуспешность медикаментозного лечения:

- нарастающая интенсивность инотропной стимуляции миокарда (допамин >15,0 мкг/кг/мин, адреналин >1,0 мкг/кг/мин);

- ограниченная вероятность выживания пациента без использования СВК: диурез <20 мл/час; системное сосудистое сопротивление >2100 дин/сек/см⁵; метаболический ацидоз.

5.2.3.5. Противопоказания и возможные осложнения при использовании ВК.

Для более эффективного применения систем вспомогательного кровообращения необходимо учитывать противопоказания, а так же факторы риска и возможные осложнения от использования тех или иных систем ВК.

Основные противопоказания к использованию ВК это:

1. Критические нарушения функции почек в результате хрони-ческих заболеваний;

2. Метастазирующие злокачественные новообразования;

3. Неизвестный неврологический статус;

4. Неконтролируемые нарушения свертывающей системы крови;

5. Активная системная инфекция, резистентная к антибиотико-терапии;

6. Выраженный центральный или периферический атеросклероз;

7. Недостаточность аортального клапана (более 2 стадии) или наличие искусственного клапана в аортальной позиции;

8. Некупируемые злокачественные желудочковые аритмии.

Основные осложнения, возникающие при применении вспомогательного кровообращения:

- Травма (разрушение форменных элементов) крови.

- Риск возникновения тромбов – отсюда необходимость использования антикоагулянтов.

- Нефизиологичный тип кровотока, что вызывает сбой в работе барорецепторов (особенно при использовании центрифужных и аксиальных насосов), а это влечет за собой изменение сосудистого тонуса, нарушение микроциркуляции, развитие шунтирующего кровотока и способствует развитию вторичных ишемических изменений в органах и тканях.

- большое количество послеоперационных осложнений (инфицирование, кровотечения и т.п.)

Следует помнить, что указанные выше осложнения – лишь наиболее характерные для всех типов устройств ВК, и для каждого конкретного устройства ВК существует так же целый ряд специфических возможных осложнений. (Так, например, для внутриаортальной контрпульсации характерны такие возможные осложнения, как: ишемии конечностей, инфаркты артерий почек и кишечника, травма бедренной артерии и т.д.)