Аппараты для поддержания кровообращения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования науки Российской Федерации

Государственный университет имени Н.А. Некрасова

Факультет технологии и сервиса

Кафедра биотехнических, технологических и информационных систем

Реферат

Аппараты для поддержания кровообращения

Выполнил:

Зайцев Алексей Николаевич

Проверил:

Олейник Анатолий Павлович

Кострома, 2013 год

Содержание

Введение

1. Аппараты ИК

1.1 Оксигенаторы

1.2 Пленочные оксигенаторы

1.3 Мембранные оксигенаторы

2. Методика проведения ИК

2.1 Мониторинг

2.2 Выбор раствора для заполнения АПК

2.3 Подключение АИК к больному

2.4 Начало и поддержание ИК

2.5 Переход на естественное кровообращение

Список литературы

Введение

Мысль о возможности поддержания жизнедеятельности организма с помощью ИК, по свидетельству С.С. Брюхоненко и С.И. Чечулина (1928), была высказана LeGallois в 1812 г.

Однако прошло более 100 лет, прежде чем С.С. Брюхоненко в 1924 г., сконструировал первый в мире АИК, названный им автожектором. С его помощью были проведены успешные эксперименты по перфузии головы собаки, отделенной от туловища.

Усовершенствование автожектора позволило С.С. Брюхоненко впервые в мире осуществить ИК целостного организма собаки. Начало выдающемуся достижению медицины XX в было положено. «Ранний русский аппарат сердце - легкие». Этот факт подтверждает и известный американский анестезиолог L. Rendel-Baker (1963). Только недавно нам стало известно о значительно более ранних сериях успешных перфузии собак, произведенных С.С. Брюхоненко в 1929 г.

К несчастью, эта работа была опубликована в русской и французской литературе, где и осталась похороненной. Остается только удивляться, что подобное произошло с изобретением, запатентованным в 1929 г. в Германии и Англии и в 1930 г. во Франции., в 1960 г. восстановивший приоритет С.С Брюхоненко, через 26 лет в книге, вышедшей в 1986 г. под редакцией основоположником метода ИК называют J. Gibbon. Только в 1937 г. этот автор провел успешные эксперименты с искусственным кровообращением на кошках. С помощью сконструированного им аппарата, состоящего из насоса и оксигенатора, он пережимал легочную артерию на 25 мин., вскрывал ее и демонстрировал возможность эмболэктомии. Начавшаяся вскоре Вторая мировая война затормозила работы в области ИК. Симптоматично, что в первые послевоенные годы наибольших успехов достигли ученые стран, не пострадавших в войне. Были созданы более совершенные модели АИК, с помощью которых уже можно было провести общую перфузию у человека.

В 1951 г. С. Dennis и соавтор впервые применили ИК у человека, однако больная с дефектом между предсердной перегородки умерла на операционном столе от сердечной недостаточности. Наконец, в 1953 г. J. Gibbon выполнил первую успешную операцию по поводу дефекта межжелудочковой перегородки в условиях общей перфузии организма. С 1955 г. метод стал применяться в различных странах. Этому способствовали работы D. Kirklm и соавт. из клиники Мауо (США). Авторы модифицировали аппарат Гиббона и стали оперировать с объемной скоростью, равной или близкой к нормальному сердечному выбросу.

В СССР работы по созданию клинических моделей АИК были начаты в 1952 году. В 1957 г. А.А. Вишневский с помощью второй модели АИК-57 произвел первую успешную операцию на открытом сердце, а спустя 2 года метод стал применяться в ведущих учреждениях страны, руководимых Н.М. Амосовым, А.Н. Бакулевым, А.А. Вишневским, П.А. Куприяновым, Б.В. Петровским, Ф.Г. Угловым и др.

В настоящее время метод ИК широко применяется во всем мире. Сконструированные в 50-х годах образцы АИК по праву заняли место в музеях. На смену им пришли новые, оснащенные современной электронной техникой аппараты с одноразовыми оксигенаторами, теплообменниками, фильтрами, канюлями и т. д.

Сам по себе метод ИК практически стал совершенно безопасным. Об этом свидетельствуют сотни тысяч успешных операций, проводимых ежегодно в разных странах.

1. Аппараты ИК

Насосы. Современные насосы АИК должны обладать производительностью 4-5 л/мин., т. е., приблизительно равной минутному объему сердца в покое. Главными требованиями ко всем конструкциям насосов являются минимальное повреждение форменных элементов крови и высокая надежность. Различают клапанные (мембранный, камерный) и бесклапанные (роликовый, пальчиковый) насосы, которые создают пульсирующий поток различной амплитуды.

Рисунок 1. - Схема работы АИК:

В литературе существуют противоположные точки зрения относительно целесообразности использования насосов с малой или большой амплитудой.

Сторонники насосов с большой амплитудой (пульсирующий поток) подчеркивают их физиологичность, лучшее кровоснабжение миокарда, больший диурез, выраженный капиллярный кровоток, минимальный ацидоз, уменьшение периферического сопротивления и др. Позиция же их противников основывается на увеличении гемолиза вследствие повышенной турбулентности из-за быстрого ускорения и замедления кровотока, а также усложнением насосов и других технических средств в АИК, тем более, что системные показатели кровообращения среднее артериальное давление и общее периферическое сопротивление практически не меняются как при пульсирующем, гак и при не пульсирующем кровотоке.

Разумно поступили конструкторы фирмы «Stockert» (ФРГ), предусмотрев возможность применения пульсирующего и не пульсирующего кровотока в одном АИК.

1.1 Оксигенаторы

Технические устройства, временно заменяющие оксигенирующую функцию легких, подразделяются на две группы:

1) оксигенаторы, где кровь и кислород непосредственно контактируют друг с другом;

2) оксигенаторы, где между кровью и кислородом имеется газопроницаемая мембрана.

К первой группе относятся пузырьковые и пленочные оксигенаторы, ко второй - мембранные.

Пузырьковые оксигенаторы в свою очередь делятся на прямоточные и противоточные в зависимости от направления потоков газа и крови. Характерными представителями прямоточного оксигенатора являются оксигенатор де Волла-Миллихая, сконструированный в 1956 г., в США, и все последующие его модификации.

Рисунок 2. - Общий вид:

К подгруппе пузырьковых оксигенаторов относятся и современные одноразовые оксигенирующие системы различных фирм: «Bentley» (США), «Shiley» (США), «Harvey» (США), «Gambro» (Швеция).

Недостатками прямоточных пузырьковых оксигенаторов являются мощный поток кислорода и связанный с этим гемолиз, а также вспенивание и последующий переход в жидкое состояние всего объема крови, проходящего через оксигенатор.

Кислород, поступающий в кровь из нижней части пузырькового оксигенатора противоточного типа, создает пенный столб (экран), навстречу которому из верхней части оксигенатора стекает венозная кровь. Этот принцип более экономичен и эффективен.

Расход кислорода и количество крови существенно меньше, чем в прямоточных оксигенаторах.

Из-за вспенивания небольшой части притекающей венозной крови меньше травмируются форменные элементы крови. Недостатком указанных оксигенаторов является сложность управления, обусловленная необходимостью постоянного наличия пенного столба.

Оксигенаторами указанного типа были снабжены различные модификации отечественных АИК.

1.2 Пленочные оксигенаторы

Как свидетельствует название этих технических устройств, оксигенация происходит при контакте пленки крови, образовавшейся на какой-либо твердой поверхности, с кислородом. Различают стационарные и ротационные пленочные оксигенаторы. В стационарных оксигенаторах кровь стекает по неподвижным экранам, которые находятся в атмосфере кислорода. Примером является оксигенатор Гиббона, с помощью которого была проведена первая успешная операция на сердце с ИК.

Основными недостатками экранных оксигенаторов являются их дороговизна, плохая управляемость, громоздкость конструкции и необходимость большого количества донорской крови. Более эффективны ротационные оксигенаторы. К ним относятся популярные в прошлом дисковый оксигенатор Кея-Кросса и цилиндровый оксигенатор Крафорда-Сеннинга. Пленка крови, образующаяся на поверхности вращающихся дисков или цилиндров, контактирует с кислородом, подаваемым в оксигенатор. Производительность ротационных оксигенаторов в отличие от экранных может быть увеличена за счет повышения скорости вращения дисков (цилиндров).

Рассмотренные пленочные и пузырьковые оксигенаторы многоразового пользования имеют исторический интерес. На смену им пришли оксигенаторы одноразового пользования в комплекте с теплообменником, артериальным и венозным резервуарами, специальной секцией внутри оксигенатора, газовыми и жидкостными фильтрами, набором канюль и катетеров.

Нет необходимости подчеркивать, что все это находится в стерильных упаковках. Наибольшей популярностью пользуются оксигенаторы фирм «Bentley» (США), «Harvey» (США), «Shiley» (США), «Polystan» (Дания), «Gambro» (Швеция) и др.

Эти оксигенаторы полностью удовлетворяют запросы современной кардиохирургии и кардиоанестезиологии. Однако если необходима длительная (более 4 ч.) искусственная оксигенация крови, то вредное действие прямого контакта крови с кислородом и углекислым газом становится небезразличным для организма. А антифизиологичность этого феномена проявляется изменением электрокинетических сил, нарушением нормальной конфигурации молекул белков и их денатурацией, агрегацией тромбоцитов, выбросом кининов и т. д.

Во избежание этого при длительных перфузиях более целесообразно пользоваться мембранными оксигенаторами.

1.3 Мембранные оксигенаторы

Первый мембранный оксигенатор небольших размеров был сконструирован W. Kolff и с успехом испытан в эксперименте D. Effler в 1956 году. В том же году О. Olowes и соавт. применили в клинике больших размеров мембранные легкие, используя полиэтиленовые, затем тефлоновые мембраны.

В 1958 г. G. Clowes сообщил о 100 больных, у которых были использованы мембранные легкие. В последующие годы были созданы более эффективные и менее громоздкие модели с использованием в качестве мембраны полимера силикона и поликарбоната, силиконизированного угля. Первые одноразовые оксигенаторы с мембраной для микропористого полипропилена были применены в клинике при операциях на сердце J. Hill и соавт. в 1975 году. В аналитическом обзоре М. Bramson и соавт. (1981) сообщается об использовании мембранных оксигенаторов более чем у 500 больных при операциях на сердце и у 35 при острой дыхательной недостаточности в течение нескольких дней. Наибольший срок 21 день. Другая модель оксигенаторов с использованием силиконовых мембран была сконструирована A. Lande в 1967 г., и ее начала выпускать фирма «Edwards Laboratories» (США). В последующие 10 лег ее использовали во многих странах. В настоящее время наибольшей популярностью пользуются мембранные эксигенаторы «Cobe membrane Lung» (США) производительностью 6 л/мин. с мембраной из микропористого полипропилена, «Sci. Med. membrane oxygenaors» (США) - спиральный компактный с силиконовой мембраной, «Terumo Capiox Oxygenalor» (Япония) - с мембраной из микропористого полипропилена, с помощью которого Suma и соавт. произвели более 100 операций на открытом сердце у больных с массой тела 4,8-78 кг., «Travenol membrane oxygenator» (США) с мембраной из микропористого тефлона, с помощью которого было выполнено более 4000 операций.

В заключение следует подчеркнуть, что преимущества мембранных оксигенаторов выявляются после двухчасовой перфузии. При этом отмечаются меньший гемолиз, менее выраженное снижение числа лейкоцитов и содержания иммуноглобулинов IgG, IgM. Воздействие на гемодинамику выражается и в снижении периферического сопротивления, увеличении диуреза. Поскольку большинство операций на сердце проводятся в пределах 2 ч., перспективы мембранных оксигенаторов в хирургии сердца пока проблематичны. При длительных же перфузиях в реаниматологической практике их преимущество бесспорно.

2. Методика проведения ИК

2.1 Мониторинг

ИК требует тщательного многостороннего контроля за функциями жизненно важных органов и систем. Некоторые из показателей анестезиологи и перфузиологи получают в виде мониторинга, т. е., постоянно, другие - периодически на различных этапах операции и перфузии. Под непосредственным контролем перфузиолога находятся приборы, дающие информацию в режиме мониторинга о производительности артериального и отсасывающих насосов, температуре артериальной крови, охлаждающей и согревающей воды, циркулирующей через теплообменник. К нему же поступают данные исследования газов крови, КОС, электролитов, гематокрита, свертывающей системы крови и др. Остальные параметры - ЭЭГ, ЭКГ, среднее артериальное давление, ЦВД, температура тела (пищевод, носоглотка, прямая кишка), диурез и т. д. - находятся под контролем анестезиолога. Следует подчеркнуть, что в процессе перфузии анестезиолог и перфузиолог постоянно обмениваются информацией.

2.2 Выбор раствора для заполнения АПК

В период освоения и внедрения ИК в клиническую практику использовали свежую гепаринизированную кровь в количестве 4-5 л. Затем организационные сложности заставили клиницистов пользоваться консервированной кровью со сроком хранения до 5 дней.

В дальнейшем стали очевидны опасности циркуляции в организме больших количеств чужеродной крови. Был описан «синдром гомологичной крови» с выходом плазмы из сосудистого русла, застоем и «заболачиванием» («binding») крови в системе чревных сосудов, агрегацией эритроцитов и тромбоцитов в различных областях и в первую очередь в легочных сосудах с открытом артериовенозных шутов и возникновением гипоксемии («перфузионные легкие»).

Эти изменения сопровождались коагулопатней, печеночно-почечной недостаточностью, метаболическим ацидозом, снижением сурфактантной активностью и податливостью и легких и т. д.

Иными словами, налицо была картина шока, достаточно полно описанная в литературе при переливании больших объемов крови, тяжелой травме и т. д.

Решению этой проблемы способствовали гемодилюция, совершенствование аппаратуры для ИК с меньшим объемом первичного заполнения (до 1,5 л.) и большей оксигенирующей способностью. Это позволило у взрослых больных проводить перфузию без использования донорской крови. Целесообразность гемодилюции была подтверждена существенным снижением количества осложнений со стороны легких, свертывающей системы крови, улучшением тканевой перфузии, диуреза, уменьшением числа почечных осложнений и повреждений форменных элементов крови.

Многие авторы, использующие аутокровь и растворы, т. е., оперирующие без донорской крови, отмечают высокое содержание тромбоцитов и значительное снижение числа послеоперационных кровотечений.

Недостатками гемодилюции являются уменьшение кислородной емкости крови и избыточное содержание жидкости в сосудистой системе, чреватое опасностью гипоксии, перегрузки сердца и отека органов и тканей. Эти факторы не представляют существенной опасности во время перфузии, но проявляются при переходе на естественное кровообращение. Оптимальная степень гемодилюции равняется 20-25 мл/кг., максимальная - 30 мл/кг. Гипотермия существенно нивелирует недостатки гемодилюции за счет снижения потребностей тканей в кислороде и повышения его растворимости в плазме при охлаждении. Для заполнения АИК используют кристаллоидные и коллоидные плазмозаменители с различными компонентами. Из кристаллоидов чаще всего применяют 5% раствор глюкозы, сбалансированные солевые компоненты (раствор Хартмана, Рингер-Лактат), маннитол, из коллоидных плазмозаменителей - желатиноль, реополиглюкин, «перфузионный коктейль».

В последние годы определенный интерес вызывают работы по созданию искусственного носителя кислорода, проведенные как в СССР, так и за рубежом Цель этих исследований - получить перфторхимические соединения, способные переносить растворенный в них кислород. Созданы отечественные препараты перфторан, перфукол, зарубежные флюозол ГС-43, флюозол ДА (35 и 20%). Эксперименты на животных и отдельные клинические наблюдения показали эффективность этих препаратов как переносчиков кислорода, однако были выявлены и существенные недостатки. В частности, установлено, что перфторуглеродные соединения, покинув сосудистое русло, длительно задерживаются в ретикулоэндотелиальной системе. Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что оптимальной средой для заполнения АИК являются комбинированные кристаллоидно-коллоидные растворы. Количество свежей индивидуально подобранной крови должно быть сведено к минимуму. Основанием для добавления донорской крови в аппарат является опасность избыточной гемодилюции (детский возраст, исходно низкий гематокрит).

2.3 Подключение АИК к больному

После заполнения аппарата и удаления воздуха из артериальной магистрали проверяют и корригируют КОС перфузата. Важно знать, что подогревать перфузат (без крови) не следует, так как, согласно закону Генри, это приводит к выходу пузырьков газа из перфузата. Канюли вводят в восходящую аорту и полые вены после предварительной инъекции гепарина, как правило, из расчета 3 мг/кг. Следует подчеркнуть, что первоначальной расчетной дозы гепарина для безопасности проведения перфузии без дополнительного контроля за свертываемостью крови может быть недостаточно. По данным В. Bull и соавт. (1975), после введения одинаковой дозы 3 мг/кг многие больные оказывались либо недостаточно, либо избыточно гепаринизированы. С этой целью перед началом ИК необходимо оценить такой показатель, как активированное время свертывания крови clotting time - (АВСК), оптимальный уровень которого во время ИК согласно данным J. Young (1982), должен быть в пределах 450-500 С.

АВСК целесообразно исследовать через каждые 30-45 мин. перфузионного периода.

2.4 Начало и поддержание ИК

Переход с естественного кровообращения на искусственное осуществляется в два этапа. Первый - параллельное кровообращение - требует от перфузиолога большого искусства. Основная задача заключается в поддержании адекватного кровоснабжения головного мозга и недопущении даже кратковременного периода гипоксии вследствие быстрого уменьшения объема циркулирующей крови (ОЦК). Как показывает опыт, для предупреждения указанного осложнения необходимы тесное сотрудничество и взаимопонимание между анестезиологом, перфузиологом и хирургом. Важно, чтобы на этапе параллельного кровообращения количество притекающей в АИК по венозным катетерам крови не превышало бы количества нагнетаемой артериальным насосом. Перфузиолог контролирует приток венозной крови с таким расчетом, чтобы ЦВД уменьшалось постепенно, а биоэлектрическая активность мозга не изменялась. Аналогичным образом перфузиолог должен регулировать работу артериального насоса, увеличивая его производительность до расчетной постепенно, в течение 2-3 мин. После того как достигнут перфузионный баланс между притоком и оттоком на уровне расчетной производительности, можно переходить к этапу полного ИК путем перетягивания турникетов над венозными катетерами. Многолетний опыт свидетельствует о том, что расчетная производительность артериального насоса должна быть в пределах 2,2-2,4 л. (м² мин). В дальнейшем ее корригируют в зависимости от степени охлаждения (согревания) под контролем Р^о2 и РС^о2 артериальной и венозной крови, показателей КОС, гематокрита, ЭЭГ и др.

Для улучшения периферического кровотока и предупреждения артериальной гипертензии в АИК вводят вазодилататоры. Спецификой ИК является начальное падение артериального давления и общего периферического сопротивления с последующим повышением при неизменной производительности АИК. Подчеркнем, что артериальное давление обычно не достигает исходного уровня, в то время как общее периферическое сопротивление в условиях гипотермии временами, особенно у гипертоников, может увеличиваться по сравнению с исходным уровнем. По мнению большинства авторов, во время перфузии целесообразно поддерживать среднее артериальное давление в пределах 50-60 мм. рт. ст.

В условиях умеренной гипотермии (28-30°С), адекватного периферического кровотока, достигаемого применением вазодилататоров, и производительности АИК 2,2-2,4 л. (м² мин) такое артериальное давление полностью обеспечивает доставку кислорода к органам и тканям. В связи с тем что большинство операций проводится в условиях холодовой и фармакологической кардиоплегии, часть раствора в процессе перфузии поступает в оксигенатор и усиливает гемодилюцию.

Для выведения излишков воды многие перфузиологи в процессе ИК подключают специальный прибор - гемоконцентратор, который выводит излишки воды из перфузата, возвращая кровь в АИК. Проблему излишней гемодилюции решает специальная система для кардиоплегии, созданная фирмой «Polystan» (Дания).

Одновременно эта система защищает сердце от гипоксии, так как один и тот же объем кардиоплегического раствора циркулирует по кругу (полость перикарда - отсос - теплообменник - насос - полость перикарда), охлаждаясь с помощью маленького теплообменника.

2.5 Переход на естественное кровообращение

После завершения внутрисердечного этапа операции, согревания больного и восстановления сердечной деятельности начинается не менее ответственный период - переход с искусственного на естественное кровообращение, который должен быть плавным, с этапом параллельного кровообращения, который обычно продолжительнее, чем параллельное кровообращение в начале перфузии. Разумеется, все зависит от функциональной полноценности сердца, степени восстановления ее сократительной способности после периода кардиоплегии и ишемии. Очевидно одно - нагрузка на сердце должна увеличиваться постепенно. Анестезиолог регулирует этот процесс, основываясь на показателях сердечного выброса, артериального давления, ЦВД, давления в левом предсердии, ЭКГ и ЭЭГ. При наличии признаков сердечной недостаточности параллельное кровообращение продолжают на фоне энергичной кардиотонической терапии. организм кровообращение медицина

Перфузию прекращают, когда сердце начинает адекватно перекачивать 75% минутного объема крови. После пережатия венозной магистрали АИК продолжает нагнетать кровь через артериальную магистраль под контролем ЦВД, которое не должно превышать 15-17 см. вод. ст.

В последующие 15-20 мин. постепенно, дробными порциями (70-100 мл.), по мере снижения ЦВД продолжается нагнетание крови из АИК.

Восстановление ОЦК и стабилизация гемодинамики являются основанием для удаления венозных канюль из предсердия и начала введения протамина сульфата для нейтрализации гепарина. Артериальная канюля удаляется несколькими минутами позже с тем, чтобы ввести дополнительный объем крови из АИК в ответ на снижение артериального давления и вазодилатацию, как правило, возникающие при введении протамина сульфата. В течение 30-40 мин. постперфузионного периода АИК и канюли должны оставаться в операционной на случай экстренного подключения.

При нестабильной гемодинамике этот период увеличивают. Если медикаментозными средствами не удается стабилизировать сердечную деятельность, следует, не теряя времени, прибегать к вспомогательным методам поддержания кровообращения.

Список литературы

1. Барвынь В.Г., Бильковский П.И., Аронов А.Е. и др. Лечение кардиогенного шока, осложнившего инфаркт миокарда, методами контрапульсации // Кардиология. - 1975. №4. С. 72-79.

2. Локшин Л.С., Осипов В.П., Шабалкин Б.В. и др. Шунтирование левого желудочка у кардиохирургических больных // Кровообращение. - 1984. - №6. - С. 35-38.

3. Осипов В.П. Вспомогательное кровообращение // Справочник по анестезиологии и реаниматологии / Под ред. А.А. Бунятяна. - М., 1982. - С. 79-81.

4. Осипов В.П. Основы искусственного кровообращения. - М.: Медицина, 1976.

Размещено на Allbest.ru