Чем кислород важен для организма человека. Полезен ли избыток кислорода? Применение кислорода в жизни
Искусственное сердце
Артериальный насос, выполняющий функцию сердца
Артериальный насос в Лондонском научном музее
Искусственное сердце - представляет собой технологическое устройство, предназначенное для поддержания достаточных для жизнедеятельности параметров гемодинамики.
В настоящее время под искусственным сердцем понимается две группы технических устройств.
- К первой относятся гемооксигенаторы, также их называют аппараты искусственного кровообращения . Они состоят из артериального насоса, перекачивающего кровь, и блока оксигенатора, который насыщает кровь кислородом. Данное оборудование активно используется в кардиохирургии, при проведении операций на сердце.
- Ко второй относятся кардиопротезы, то есть технические устройства, имплантируемые в организм человека, призванные заменить сердечную мышцу и повысить качество жизни больного. Следует отметить, что в настоящее время данные устройства являются лишь экспериментальными и проходят клинические испытания. Пионером в разработке этого устройства являлся советский ученый Демихов .
В 2009 году еще не было создано эффективного имплантируемого человеку протеза всего сердца. Ряд ведущих кардиохирургических клиник проводит успешные частичные замены органических компонентов на искусственные. Например, производится замена клапанов, крупных сосудов, предсердий , желудочков . Также следует отметить, что вполне успешно производится пересадка донорского сердца.
По состоянию на 2010 год существуют прототипы эффективных имплантируемых искусственно человеку протезов всего сердца. В центре имени Бакулева 26 марта 2010 года была произведена операция по полной замене сердца человека на искусственный аналог кардиохирургом Лео Бокерия , совместно с его американским коллегой. Данный аппарат обеспечивает адекватное кровоснабжение органов и тканей пациента, главным его недостатком является наличие аккумулятора массой 10 кг, нуждающимся в перезарядке каждые 12 часов. В настоящее время данные протезы рассматриваются как временная мера позволяющая пациенту с тяжелой сердечной патологией дожить до момента пересадки сердца.
Помимо кардиохирургического, существует и медико-психологический аспект проблемы искусственного сердца. Так, у четверти пациентов после операции протезирования клапанного аппарата сердца в послеоперационный период формируется специфический психопатологический симптомокомплекс, получивший наименование Кардиопротезный психопатологический синдром , описанный в 1978 г. Не исключено, что с подобной проблемой придется столкнуться при проведении более масштабных операций по имплантации искусственного сердца.
Примечания
Ссылки
- Впервые в мире постоянное искусственное сердце имплантировано в ватиканской больнице пациенту детского возраста
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Искусственная биоэнергетическая система
- Искусственные люди Марса
Смотреть что такое "Искусственное сердце" в других словарях:
ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ - ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ, устройство, используемое в хирургии, которое принимает на себя функции сердца и легких. Применяется при открытых операциях на сердце, когда собственное кровообращение пациента временно прервано. Состоит из насоса,… … Научно-технический энциклопедический словарь
искусственное сердце - Аппарат для интракорпорального искусственного кровообращения. [ГОСТ 23498 79] Тематики аппаратура искусственного кровообращения … Справочник технического переводчика
искусственное сердце - dirbtinė širdis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. artificial cardiac system vok. künstliches Blutkreislaufgerät, n; künstliches Herz Lungen System, n rus. аппарат искусственного кровообращения, m; искусственное сердце, n pranc. cœur … Automatikos terminų žodynas
"ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ - ЛЁГКИЕ" - АППАРАТ, аппарат искусственного кровообращения (АИК), обеспечивает оптим. уровень кровообращения и обменных процессов в организме больного или в изолир. органе донора; предназначен для врем, выполнения ф ций сердца и лёгких. АИК включает: аппарат … Большой энциклопедический политехнический словарь
Искусственное сердце - лёгкие аппарат - («Искусственное сердце лёгкие» аппарат,) то же, что Искусственного кровообращения аппарат … Большая советская энциклопедия
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 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.
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.
Принципы работы
Подключение аппарата для искусственного кровообращения зависит от выбранной методики оперативного вмешательства. Наиболее распространенная схема предусматривает такие этапы:
- Забор крови из обеих полых вен или из правого предсердия, желудочка.
- Поступление в оксигенатор.
- Накачивание насосом в бедренную артерию.
- Продвижение по брюшной и грудной части аорты (против обычного направления).
- 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.
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.
Читайте также
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.
Существует несколько видов искусственных сердец: они либо заменяют человеческое полностью, либо только одну его часть. Чаще всего используется второй вариант — насос, работающий как искусственный левый желудочек (хотя бывают и правые). Показаний для подобной имплантации, как правило, несколько. Первое и одно из самых распространенных — насос как «мост» к трансплантации (ТС): когда пациенту необходима ТС, но по каким-то причинам в данный момент донорского сердца нет, и нужно дождаться его появления. Второй вариант — «мост» к принятию решений: когда пересаживать сердце рискованно, так как имеются некоторые противопоказания — нарушения функции внутренних органов, повышенное давление легочной артерии и т. д. В этом случае пациент наблюдается от трех до девяти месяцев: обычно за это время проходят неблагоприятные симптомы, и становится возможной полноценная пересадка.
Другие случаи происходят реже: в частности, абсолютные противопоказания к пересадке — например, людям со злокачественными опухолями. После трансплантации сердца необходима иммуноподавляюшая терапия, а раковым больным она противопоказана. В такой ситуации врачи предлагают пациенту продлить жизнь с помощью искусственного сердца, которого может хватить на несколько лет. Описаны случаи, когда пациенты свыше десяти лет живут с аппаратами вспомогательного кровообращения и даже отказываются от предложений о пересадке донорского сердца, мотивируя это хорошим самочувствием.
— После подобного вмешательства человек ограничен в передвижениях, потому что насос постоянно требует подзарядки, — рассказывает руководитель Центра хирургии аорты и коронарных артерий в Национальном медицинском исследовательском центре им. академика Е.Н. Мешалкина доктор медицинских наук Александр Михайлович Чернявский. — Например, будет трудно улететь в Америку: современные аккумуляторы держатся не более 9 часов, а полет длится 12. Зато на поезде проще — там есть розетки.
Наиболее редкое показание — временная имплантация для восстановления пораженной сердечной мышцы. Бывают случаи, когда у человека обнаруживается острый вирусный миокардит. В результате функция сердца падает настолько, что ее нужно замещать. Для этого и имплантируется насос: он несколько месяцев «прокачивает» сердце, а оно в это время восстанавливается в процессе лечения миокардита.
Существует несколько видов таких насосов. Первый — лопастный — давно создан и в России, и за рубежом. Он работает благодаря импеллеру — колесу с лопастями, вращающемуся вокруг продольной оси со скоростью от 7 000 до 10 000 оборотов в минуту: таким образом насос прокачивает до 10 литров крови за 60 секунд.
— Питание идет благодаря двум батарейкам: каждая из них обеспечивает работу насоса примерно четыре часа, — добавляет Александр Чернявский. — Когда одна разряжается, пациент ставит ее на зарядку, а сердце в это время работает от другой. Во время сна пациенты подключаются к обычной электрической сети через специальный коммутатор. Зарядка происходит через кабель, выходящий из тела: за ним нужно ухаживать, перевязывать, чтобы не было инфекций. Еще у устройства есть контроллер: через специальный разъем туда вводятся параметры, необходимые для работы сердца: производительность, скорость вращения ротора и т. д.
Лопастный насос
Другой тип таких насосов — дисковый, где вращается не импеллер, а (что логично) диски. Специалисты Клиники Мешалкина создали первый отечественный дисковый насос совместно с Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН: сердце было сделано на основе насоса, ранее применявшегося в космосе. Получившееся устройство представляет собой пакет дисков, расположенных друг над другом с фиксированным зазором в 0,5 мм. При вращении диски крутятся благодаря специальному электродвигателю, за счет молекулярного трения захватывают кровь и в итоге выбрасывают ее обратно в организм.
— Новый насос совсем небольшой — диаметром в 4 см и высотой в 2 см, так что его легче и удобнее имплантировать, — отмечает специалист. — При этом он способен качать 7—8 литров крови в минуту. Также насос снижает контакт деталей с кровью и риск образования тромбов. Около стенки диска образуется безэритроцитный слой плазмы, поэтому эритроциты не контактируют с поверхностью и благодаря этому предотвращается повреждение элементов крови.
Пока насос на стендовых испытаниях: неизвестно, сколько времени понадобится, прежде чем он войдет в практику. Еще решены не все проблемы: у ученых пока не получилось создать хороший мотор, крутящий диски с малым потреблением энергии и без нагрева. Мотор — специфичное изделие, которое должно быть небольшим, компактным, хорошо управляемым и обладать мощностью в 5—6 ватт. Моторы на 25—30 ватт быстро нагреваются, а температура более 40 °C в организме приводит к ожогам окружающих тканей и свертыванию крови.
— Мы обратились в новосибирскую компанию «Импульс-проект», которая взялась за эту задачу и в течение двух лет работает над созданием мотора, — добавляет Александр Чернявский. — Как только мы сделали хороший мотор, потребляющий мало энергии, выяснилось: другая часть насоса слабая. Чтобы это поправить, необходимо разработать не только подшипник, но и специальное покрытие для снижения трения и нагрева корпуса насоса и ротора. Сейчас мы заняты созданием специального покрытия, чтобы трение подшипника было минимальным. Так что проблем при разработке больше, чем нам казалось изначально, но я надеюсь, что года за два мы закончим этот проект и перейдем к испытанию насоса в эксперименте на животных.+
Технология постоянно развивается: сейчас появляется идея о зарядке сердца через кожу с помощью электромагнитного поля. Пока это не совсем безопасно — в результате такого «питания» появляется дерматит и воспаление кожи, однако ученые занимаются разработкой специальных защитных гелей. Если всё получится, система будет полностью имплантирована в организм — без кабеля, который является основным источником инфекции.
Каждый год в мире более чем 100 тысяч человек нуждаются в пересадке сердца, и всего лишь около 4 тысяч донорских органов ежегодно попадают в распоряжение трансплантологов. В связи с этим во многих странах уже с начала 80-х годов ведутся активные разработки по созданию искусственного сердца.
(иллюстрация CARMAT).
Несколько лет назад французским биоинженерам и кардиохирургам удалось сделать прорыв в этой области. Группа специалистов компании CARMAT под руководством профессора Алена Карпантье (Alain Carpentier) в сотрудничестве с Европейским аэрокосмическим и оборонным концерном создали первое в мире полностью автономное искусственное сердце. На это ушло около 20 лет, и это весьма короткий срок для подобного проекта.
Тандем высококвалифицированных хирургов и флагмана европейской аэрокосмической промышленности привёл к созданию оптимизированного имплантата, который удовлетворяет всем клиническим требованиям.
Новое искусственное сердце отвечает по форме и объёму биологическому аналогу. Сейчас вес имплантата составляет 900 граммов, что в 3 раза больше веса сердца взрослого мужчины, поэтому ведутся активные работы, необходимые для снижения этого параметра.
Имплантат соответствует физиологическим потребностям пациента, то есть позволит ему одинаково комфортно чувствовать себя как в активном состоянии и при физических нагрузках, так и во время отдыха. Протез обладает гемосовместимостью (совместим с кровотоком человека, не вызывает разрушение эритроцитов), биостабильностью и отсутствием тромбогенности (не провоцирует образование тромбов).
(иллюстрация CARMAT).
Французское искусственное сердце рассчитано на эффективную и бесперебойную работу на протяжении пяти лет.
Устройство состоит из двух частей - имплантируемой и внешней. В отличие от всех своих предшественников внутренняя часть устройства, как и живое сердце, имеет два желудочка - левый и правый, которые разделены с помощью гибкой биомембраны. Один из них предназначен для крови, другой - для специальной жидкости, которая также заполняет и внешний пластичный мешок устройства.
Два миниатюрных насоса создают гидравлическое действие и заставляют жидкость давить на мембрану, имитируя тем самым сокращение сердечной мышцы. При этом искусственные клапаны обеспечивают перекачивание крови строго в одном направлении.
Работу протеза регулирует встроенный микропроцессор и система датчиков высоты и давления, которые отслеживают параметры кровотока в сердце. Благодаря этой миниатюрной системе искусственный орган мгновенно реагирует на изменения со стороны организма и корректирует скорость потока внутри себя. Это ещё одно весомое преимущество перед аналогами, поскольку большинство из них перекачивают кровь с постоянной скоростью.
Снаружи на теле пациента будет закреплена система для записи и передачи данных о работе сердца. Таким образом, лечащий врач сможет наблюдать за своими пациентами дистанционно.
(иллюстрация CARMAT).
В домашних условиях предполагается наличие внешнего блока питания, который можно будет повесить через плечо или перемещать на тележке. Сейчас это литиевые аккумуляторы. В дальнейшем планируется создание топливных элементов, которые при весе менее 3 килограммов обеспечат 12 часов бесперебойной работы искусственного сердца.
В сентябре 2013 года правительство Франции дало разрешение на проведение первых четырёх операций. Все добровольцы страдали от терминальной сердечной недостаточности в завершающей стадии заболевания.
Первая операция была проведена 18 декабря в Европейском госпитале Жоржа Помпиду (HEGP). Первопроходцем стал 75-летний мужчина, который перед операцией находился в предсмертном состоянии. Сейчас его здоровье оценивается как "нормальное" и "стабильное", пациент идёт на поправку. Уже на второй день после операции мужчина был отключён от аппарата искусственного дыхания.
Ведущие специалисты в области кардиохирургии, включая генерального директора CARMAT Марселло Конвити (Marcello Conviti) и самого Алена Карпантье, пока остерегаются долгосрочных прогнозов, но воодушевлённо оценивают высокий успех операции.
Если дальнейшие испытания искусственного сердца и последующие имплантации пройдут успешно, то протез станет доступен в пределах Евросоюза уже к началу 2015 года. Его ориентировочная цена вместе с операцией составит от 140 до 180 тысяч евро, то есть от 6 до 9,5 миллионов рублей.