КАРДИОХИРУРГИЯ – ОПЕРАЦИИ С АППАРАТОМ ИСКУССТВЕННОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ

1

Автор статьи: Марина Дмитриевна

2018.09.15

127

Лечение

Все люди старшего возраста знают песню в исполнении Леонида Утесова со словами «Сердце, тебе не хочется покоя!» И хотя автор текста вкладывал в эти слова отнюдь не физиологический смысл, но сердце действительно, если бы и захотело, не может позволить себе покой. Через 10-20 секунд после остановки сердца человека теряет сознание. Если в течение пяти-шести минут сердце не удается запустить, человек погибает.

Сердце, как и все остальные органы, подвержено заболеваниям, которые плохо влияют на его работу. Для лечения сердечных болезней человек изобрел множество лекарственных препаратов. Но бывают такие болезни, когда медикаменты помочь не в состоянии. Сердце или его пораженные части нужно менять.

Сердце и его сосуды

История открытия механического сердца

Первооткрывателем возможности поддержания кровотока по сосудам вне организма был советский врач Демихов. Он провел операцию собаке еще в 1937 году, установив на место сердца насос, который был соединен с электрическим двигателем. В 60-е годы американские ученые Кольф и Акутсу создали сердце из пластика с 4-мя трехстворчатыми клапанами. Его работа обеспечивалась пневматическим приводом.

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

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

Все дальнейшие попытки создания искусственного аналога сердца не привели к ожидаемому результату. Модели российских аппаратов могут работать до 100 дней, их внешний двигатель громоздкий, подзарядка должна быть каждые 12 часов.

Первое такое устройство было подключено пациенту в Центре Бакулева в 2010 году. Его можно использовать пока как временное спасение для пациентов, ожидающих пересадку сердца.

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

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

А здесь подробнее о гипертрофии миокарда.

Искусственное сердце

Искусственное сердце или искусственные желудочки применяются у больных в терминальной стадии сердечной недостаточности для спасения их жизни и поддержки кровообращения до того момента, когда найдется подходящей для пересадки сердца донорский орган. У некоторых больных с противопоказаниями для пересадки сердца (возраст, сопутствующие заболевания и т.д.) искусственное сердце (в нашем Центре мы используем системы типа HeartWare, или HeartMate 3) может быть имплантировано как окончательный вариант.

В нашем Центре осуществляется самая большая в мире программа по имплантации систем долгосрочной искусственной поддержки кровообращения. В нашем Центре в настоящее время после имплантации искусственного сердца более 1000 пациентов наблюдались или ещё наблюдаются уже более года и более 300 пациентов свыше трёх и более 100 лет свыше пяти лет. Эти больные находятся в кругу семьи или работают по своей прежней специальности. В редких случаях, особенно после операций на ослабленном сердце или при остром массивном инфаркте миокарда, в течение нескольких дней применяется кратковременная механическая поддержка ослабевшего сердца с помощью системы Impella.

В Центре регулярно обучаются врачи из разных клиник Европы и Америки. Мы проводим сертифицированные курсы повышения квалификации и обучения применению новых систем для хирургов, кардиологов и перфузионистов из центров, начинающих программы имплантации искусственных желудочков. Международный конгресс, который организует наша клиника один раз в два года, является одним из самых крупных и посещаемых конгрессов по этой теме в мире. На базе Центра действует европейский банк данных по применению долгосрочной механической поддержки кровообращения.

В общей сложности со дня основания Центра до 1 мая 2020 г. различные типы искусственного сердца были использованы у 2715 больных. У 481 больных была впоследствии успешно произведена пересадка сердца, у 263 пациентов искусственное сердце было удалено после того, как собственное сердце восстановило свою работу. У больных с противопоказаниями для пересадки сердца (в основном у больных старше 65 лет) искусственный желудочек имплантируется в качестве окончательной терапии. В настоящее время более 40 % наших пациентов, находящихся на искусственном желудочке, старше 60 лет (см. рис. 20). Таким образом, искусственное сердце является наряду с пересадкой донорского одним из самых эффективных методов лечения пациентов в конечной стадии сердечной недостаточности в любом возрасте. В нашей клинике по состоянию на 1 мая 2020 г. у более 500 больных искусственное сердце было имплантировано на постоянной основе. В настоящее время почти 400 больных наблюдаются после вживления искусственных желудочков различных типов в нашем Центре: часть из них уже выписана домой, другие ожидают выписки. Некоторые больные настолько остались довольны результатами операции и улучшением качества своей жизни, что отказались от дальнейшей пересадки сердца.

Вы можете посмотреть фильм, который демонстрирует имплантацию искусственнoго левого желудочка сердца типа HeartWare HVAD. Операцию проводят ведущие кардиохирурги клиники Евгений Потапов и Томас Крабач. Операция проводится через малоинвазивный доступ без вскрытия грудины и без применения аппарата искусственного кровообращения (АИК). Операция длится менее 2,5 часов, больной выписывается домой через 10 дней. Показанная техника разработана и внедрена в клиническую практику в ведущим кардиохирургом клиники Евгением Потаповым и является стандартной операцией в Берлине.

Один из пациентов с искусственным левым желудочком тренируется на роликовых коньках. Он поставил себе задачу пробежать на роликовых коньках марафонскую дистанцию. В сентябре 2014 г. пациент дал развернутое интервью одному из немецких телевизионных каналов. Это интервью (на немецком языке) вы можете посмотреть здесь. В 2017 году пациенту была успешно проведена пересадка сердца.

Средний возраст наших пациентов с искусственным сердцем чуть меньше 55 лет, более 500 больных были старше 70 лет и трое старше 80 лет во время имплантации искусственного сердца (см. рис. 15б).

Особое место занимает применение искусственного сердца у детей. В нашем Центре разработана и успешно имплантируется пациентам система BerlinHeart. Эта система может применяться у новорождённых с весом от 2000 граммов. Более 180 детей получили искусственное сердце в нашем Центре. На основании нашего опыта искусственное сердце в детской модификации pediatric Berlin Heart Excor и методика его применения, разработанные у нас, с успехом применяются во всём мире. Более 1500 операций было сделано в США и в

Канаде, есть опыт применения в странах Европы и Азии. Единственному ребёнку, получившему искусственное сердце нашей разработки в Бакулевском институте в Москве, была успешно произведена пересадка донорского сердца в Италии.

Ниже в таблице приведены типы искусственных сердец, применяемых в нашем Центре с 1986 года

На рис. 1 показана модель искусственного сердца, разработанного в Берлине. Эта модель была впервые имплантирована профессором Хетцером в 1987 г. (рис. 2). Всего было проведено две успешные операции. После этого удачного опыта Центр перешел на вживление искусственных желудочков фирмы BerlinHeart, показанных на рис. 3.

В 1998 г. впервые в мире был имплантирован искусственный желудочек с принципиально новым принципом действия, сконструированный при участии специалистов NASA и Майкла ДеБейки. Этот маленький насос массой всего 93 грамма способен перекачивать до 6 – 7 литров крови в минуту и тем самым обеспечивать нормальную жизнедеятельность всего организма (рис. 4 и 5).

В 2002 г. в нашем Центре был также впервые был имплантирован миниатюрный искусственный желудочек ИНКОР с магнитными опорами.

На рис. 6 левосторонний искусственный желудочек ИНКОР показан вместе с находящимися снаружи блоком управления и двумя аккумуляторами. На рис. 7 эта система представлена отдельно. Она способна перекачивать до 10 литров крови в минуту при потребляемой мощности около 4 – 5 Вт.

Благодаря магнитной опоре турбины трение и износ деталей отсутствуют.

Рис. 15 а

Рис. 15 б

Самая последняя модель искусственного желудочка HeartMate 3 (рис. 15 а), в разработке и тестировании которого принимали участие ведущие кардиохирурги нашей клиники д-р Е. Потапов и д-р Т. Крабач. Насос показан во время операции непосредственно после имплантации в верхушку левого желудочка.

Этот насос может применяться также в качестве бивентрикулярной поддержке кровообращения. Данный вариант как компьютерная томография показан на рис. 15 б.

1 – насос HeartMate 3, имплантированный в правое предсердие для поддержки малого круга кровообращения

2 – протез, огибающий корень легкого и подсоединенный к легочной артерии

3 – анастомоз с дополнительным протезом меньшего диаметра

4 – насос HeartMate 3, имплантированный в стандартной технике в верхушку левого желудочка для поддержки большого круга кровообращения

Рис. 17 Наши пациенты во время занятий спортом, дома и на досуге

В настоящее время более 300 больных находятся на искусственной поддержке кровообращения, многие из них больше двух лет. Срок службы искусственного сердца не ограничен, некоторые пациенты живут уже более 8 лет. Подавляющее большинство пациентов с искусственным сердцем находятся дома и ведут активный образ жизни.

Рис. 18. В настоящее время более 300 больных находятся на искусственной поддержке кровообращения, многие из них больше 5 лет.

Около 20 % больных с дилатативной кардиомиопатией, которые находятся на искусственном желудочке, показывают тенденцию к улучшению функции сердца. Примерно у половины из них функция своего сердца настолько хорошо и долгосрочно восстанавливается, что они больше не нуждаются в искусственном сердце. В нашем Центре у более, чем 100 больных в подобных случаях искусственный желудочек был удален, и хорошая функция собственного сердца сохраняется годами. Для упрощения удаления искусственного желудочка сердца в нашем Центре была разработана специальная методика. Мы используем нами разработанные специальные титановые заглушки. После удаления искусственного желудочка и закрытия дефекта с помощью титановой заглушки его поверхность за 6 месяцев полностью покрывается соединительной тканью. Подробности вы можете прочитать в статье, опубликованной в журнале „Journal of Heart and Lung Transplantation“. Подобная операция была успешно проведена больному из России. После почти года на механической поддержке кровообращения собственное сердце больного восстановилось, и искусственное сердце было удалено с помощью разработанной в нашем Центре титановой заглушки.

Недавно в нашем Центре была разработана и успешно применена у более чем 5о больных методика имплантации левостороннего насоса в качестве бивентрикулярной поддержки. У больных с бивентрикулярной недостаточностью мы имплантируем после определенной модификации внутри перикарда два насоса типа HeartWare или HeartWare 3 (рис. 15а). Если раньше больным приходилось тянуть за собой тележки с компрессором весом 20 кг, и у них на животе снаружи тела находились 2 искусственных желудочка, то сейчас подобные больные носят две сумки через плечо (обе по 2,5 кг), соединенных тонким кабелем с насосами внутри грудной клетки. Схема имплантации показана на рис. 13 и 14, 15а, а больная – после операции на рис. 16а. Более подробную информацию Вы можете прочитать в статье д-ра Потапова.

Рис. 21. Развитие программы механической поддержки кровообращения в нашем центре. Количество имплантаций систем постоянно возрастает. Три четверти из них составляют полностью имплантируемые системы для долгосрочной поддержки кровообращения.

Рис. 22. Более 40 % наших пациентов, находящихся на искусственном желудочке, старше 60 лет

Рис. 23. Приват-доцент Е. Потапов и его пациент Олег Малхов, председатель всегерманского профсоюза работников полиции

Различные типы искусственного сердца, использованные в Немецком Кардиологическом Центре в Берлине по состоянию на 1 мая 2018 г.

6 ноября 2005 г. В РНЦХ РАМН проведена уникальная кардиохирургическая операция “имплантация искусственных желудочков сердца” (Implantation of the BVAD) больному в терминальной стадии кардиомиопатии.

Вы также можете прочитать на эту тему следующие доклады.

“Новые параметры для определения индивидуальной стратегии лечения больных с терминальной сердечной недостаточностью” приват-доцента д-ра мед. кардиохирурга Евгения Потапова.

“Стволовые клетки и механическая поддержка кровообращения” д-ра Бориса Нассери, прочитанный в ноябре 2006 г. на конгрессе, посвящённому 20-летнему юбилею Немецкого Кардиологического Центра в Берлине.

“еханическая поддержка кровообращения”. Проект в рамках сотрудничества между DHZB и ВГМА им. Н. Н. Бурденко

Профилактика и лечение инфекции чрезкожного кабеля у больных с длительной механической поддержкой кровообращения. Е. Потапов, Р. Хетцер и рабочая группа по пересадке сердца и МПК Немецкого Кардиологического Центра в Берлине.

“Лечение больных в терминальной стадии хронической сердечной недостаточности с помощью механической поддержки кровообращения”. Лекция прочитана д-ром Потаповым 6 декабря на заседании российского общества сердечно-сосудистой недостаточности.

Немецкий кардиологический Центр в Берлине совместно с Академией натуральных наук (Academy of Life Sciences) предлагают стажировку в Немецком кардиологическом Центре в Берлине по теме “Механическая поддержка кровообращения и замена сердца”.

Более подробную информацию вы получите на странице Академии. Стажировка предназначена для врачей и перфузионистов вне зависимости от страны пребывания и рассчитана на 2 года работы в Центре. Стипендия составляет 2500 евро в месяц. Запросы направляйте, пожалуйста, на английском или немецком языках по адресу https://www.lifesciences.net/programs/mcshr.html

Вы можете прочитать доклад , сделанный прив.-доц., д-ром мед. Потаповым Е. в Москве 30.03. 2020 г.

“Хирургическое лечение сердечной недостаточности”

Рис. 25. Обложка доклада

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.

Искусственное сердце справа

Если жизнь дорога…

Сердце AbioCor сейчас стоит чуть меньше 100 тысяч долларов, VentrAssist обойдется примерно в 50. Однако эта цена значительно меньше затрат, связанных с каждой пересадкой донорского сердца.

Если учесть еще и те средства, которые уходят на медицинское обслуживание больных с сердечной недостаточностью, станет понятно: искусственное сердце не только полезно, но и выгодно для медицинской индустрии. А финансовые стимулы, как известно — самые сильные. В том числе и для технического прогресса.

Остается только уточнить, что поддерживать этот прогресс ценой собственной жизни совершенно необязательно. При своевременной профилактике сердечных заболеваний ваше собственное сердце может прослужить значительно дольше, чем 50 лет. И главное, практически бесплатно.

Что такое синдром пересаженного сердца

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

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

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

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

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:

Беспроводное сердце

Теперь, когда мы оценили масштабы задачи, посмотрим, как она решается в отношении сердца. Аппарат AbioCor денверской компании Abiomed — это настоящее искусственное сердце, которое заменяет оба желудочка и обеспечивает поступление крови в легкие и остальные органы человека. В приборе размером с грепфрут и весом 900 граммов находятся титановый насос, блок управления и батарея. Ее емкости хватает на 30 минут автономной работы, а зарядка происходит через кожу: то есть на поверхность тела не выходит никаких проводов. Внешняя батарея, носимая на поясе, позволяет оставаться без подзарядки несколько часов.

Такой аппарат предназначен для пациентов с конечной стадией сердечной недостаточности и неблагоприятным прогнозом. Причем, создатели аппарата заявляют, что он позволяет больным не просто «доживать», но гарантирует им вполне приемлемое качество жизни.

Первое сердце AbioCor было пересажено в 2001 году. С тех пор было установлено не более 20 аппаратов, однако в компании смотрят на перспективы аппарата оптимистично и оценивают рынок в 100000 операций в год.

Системы искусственного кровообращения

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

• общее,
• изолированное,
• вспомогательное.

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

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

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

История аппаратов искусственной перфузии

Эти устройства предназначены, чтобы поддерживать жизнь человека при полной или частичной неспособности сердца выполнять свои функции.

Первая попытка создания АИК была предпринята в конце девятнадцатого века, когда немецкие ученые Фрей и Грубер изобрели первое механическое устройство для искусственно нагнетания крови и обогащения ее кислородом. В Советском Союзе первая разработка АИК датируется 1926 годом. Создавали аппарат (автожектор) два ученых Брюхоненко и Чечулин. Устройство неплохо работало в экспериментах на собаках, но применение автожектор в клинической медицине не нашел.

Создание АИК в мире продолжалось, и первое значимое применение аппарата произошло в 1952 году. Кардиохирург Додрилл в США сделал успешную операцию на открытом сердце с использованием АИК. Причем, применял Додрилл аппарат, который разработал сам в сотрудничестве с Дженерал Моторз.

Через пять лет операцию на сердце выполнили в СССР.

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.

Три метода

В современной медицине находят применение три системы экстракорпорального кровообращения:

• общего;
• регионарного;
• вспомогательного.

В первом случае АИК полностью заменяет легкие и сердце. Это способ практикуется в кардиохирургии.

Под регионарным кровообращением понимается перфузия отдельного органа, который на какое-то время изолируется от кровеносной системы. Использование этого метода часто происходит при гнойной хирургии и онкологии, чтобы подать к больному месту большее количество лекарственных препаратов.

Главные задачи вспомогательного кровообращения:

• уменьшить потребление кислорода миокардом;
• увеличить его снабжение кислородом;
• увеличить подачу кислорода в другие физиологические системы или органы.

Принципиальная работа АИК