Umělé lidské orgány. Okysličení krve Umělé plíce

To, že foukání vzduchu do plic dokáže člověka oživit, je známo už od starověku, ale pomocná zařízení se k tomu začala vyrábět až ve středověku. V roce 1530 Paracelsus poprvé použil ústní kanál s koženými měchy určenými k rozdmýchávání ohně v krbu. O třináct let později publikoval Vesaleus svou práci „O struktuře lidského těla“, ve které zdůvodnil výhody ventilace plic trubicí zavedenou do průdušnice. A v roce 2013 výzkumníci z Case Western Reserve University vytvořili prototyp umělé plíce. Zařízení využívá čištěný atmosférický vzduch a nevyžaduje koncentrovaný kyslík. Struktura přístroje připomíná lidské plíce se silikonovými kapilárami a alveoly a funguje na mechanické pumpě. Biopolymerní trubičky napodobují větvení průdušek do bronchiolů. Do budoucna se plánuje vylepšení přístroje s ohledem na stahy myokardu. Mobilní zařízení s vysokou pravděpodobností může nahradit transportní ventilátor.

Rozměry umělé plíce jsou až 15x15x10 centimetrů, její rozměry chtějí co nejvíce přiblížit lidskému orgánu. Obrovská plocha membrány pro difúzi plynu poskytuje 3-5násobné zvýšení účinnosti výměny kyslíku.

Zařízení je v současné době testováno na prasatech, ale testy již prokázaly jeho účinnost při léčbě respiračního selhání. Zavedení umělé plíce pomůže eliminovat potřebu masivnějších transportních ventilátorů, které pracují s výbušnými kyslíkovými lahvemi.

Umělá plíce umožňuje aktivovat pacienta jinak odkázaného na lůžkovou jednotku intenzivní péče nebo transportní ventilátor. A s aktivací se zvyšuje šance na uzdravení a psychický stav.

Pacienti čekající na dárcovskou transplantaci plic musí většinou strávit dlouhou dobu v nemocnici na umělém okysličovacím přístroji, pomocí kterého můžete pouze ležet na lůžku a sledovat, jak za vás přístroj dýchá.

Projekt umělé plíce, schopné protetického selhání dýchání, dává těmto pacientům šanci na rychlé uzdravení.

Přenosná sada umělých plic obsahuje samotné plíce a krevní pumpu. Autonomní provoz je navržen na dobu až tří měsíců. Malé rozměry přístroje umožňují nahradit transportní ventilátor zdravotnické záchranné služby.

Provoz plic je založen na přenosné pumpě, která obohacuje krev o vzdušné plyny.

Někteří lidé (zejména novorozenci) nevyžadují dlouhodobý přísun vysoce koncentrovaného kyslíku pro jeho oxidační vlastnosti.

Další nestandardní obdobou mechanické ventilace používané u těžkých míšních poranění je transkutánní elektrická stimulace bráničních nervů („phrenicus stimulace“). Byla vyvinuta transpleurální masáž plic podle V.P.Smolnikova - vytvářející stav pulzujícího pneumotoraxu v pleurálních dutinách.

Obsah

Při poruše dýchání je pacientovi poskytnuta umělá nebo umělá ventilace. Používá se k podpoře života, když pacient nemůže sám dýchat nebo když leží na operačním stole v narkóze, která způsobuje nedostatek kyslíku. Existuje několik typů mechanické ventilace – od jednoduché manuální až po hardwarovou. První z nich zvládne téměř každý, ale druhý vyžaduje pochopení konstrukce a pravidel používání lékařského vybavení.

Co je to umělá ventilace

V medicíně se mechanická ventilace týká umělého vhánění vzduchu do plic za účelem zajištění výměny plynů mezi prostředím a alveoly. Umělou ventilaci lze použít jako resuscitační opatření při vážných problémech se spontánním dýcháním nebo jako prostředek ochrany před nedostatkem kyslíku. K poslednímu stavu dochází během anestezie nebo spontánních onemocnění.

Formy umělé ventilace jsou hardwarové a přímé. První využívá k dýchání směs plynů, která je do plic pumpována přístrojem přes endotracheální trubici. Přímá zahrnuje rytmické stlačování a roztahování plic k zajištění pasivního nádechu a výdechu bez použití přístroje. Pokud se použije „elektrická plíce“, svaly jsou stimulovány impulsem.

Indikace pro mechanickou ventilaci

Existují indikace pro umělou ventilaci a udržení normální funkce plic:

• náhlé zastavení krevního oběhu;
• mechanická asfyxie dýchání;
• poranění hrudníku a mozku;
• akutní otrava;
• prudký pokles krevní tlak;
• kardiogenní šok;
• astmatický záchvat.

Po operaci

Endotracheální trubice přístroje pro umělou ventilaci se zavádí do plic pacienta na operačním sále nebo po porodu z něj na jednotku intenzivní péče nebo na oddělení pro sledování stavu pacienta po anestezii. Cíle a cíle potřeby mechanické ventilace po operaci jsou:

• odstranění vykašlávání sputa a sekretu z plic, což snižuje výskyt infekčních komplikací;
• snížení potřeby podpory kardiovaskulárního systému, snížení rizika dolní hluboké žilní trombózy;
• vytvoření podmínek pro výživu sondou, aby se snížil výskyt gastrointestinálních potíží a vrátila se normální peristaltika;
• snížení negativního účinku na kosterní svaly po delším působení anestetik;
• rychlá normalizace mentálních funkcí, normalizace spánku a bdění.

Na zápal plic

Pokud se u pacienta rozvine těžký zápal plic, vede to rychle k rozvoji akutního respiračního selhání. Indikace pro použití umělé ventilace pro toto onemocnění jsou:

• poruchy vědomí a psychiky;
• snížení krevního tlaku na kritickou úroveň;
• přerušované dýchání více než 40krát za minutu.

Provádí se umělé větrání raná stadia rozvoje onemocnění s cílem zvýšit efektivitu práce a snížit riziko úmrtí. Mechanická ventilace trvá 10-14 dní, tracheostomie se provádí 3-4 hodiny po zavedení kanyly. Pokud je pneumonie masivní, provádí se s pozitivním tlakem na konci výdechu (PEEP), aby se zlepšila distribuce plic a snížil se žilní zkrat. Spolu s mechanickou ventilací se provádí intenzivní antibiotická terapie.

Na mrtvici

Připojení ventilátoru při léčbě cévní mozkové příhody se považuje za rehabilitační opatření pro pacienta a je předepsáno, když je indikováno:

• vnitřní krvácení;
• poškození plic;
• patologie v oblasti respiračních funkcí;
• kóma.

Při ischemickém nebo hemoragickém záchvatu jsou pozorovány potíže s dýcháním, které je obnoveno ventilátorem, aby se normalizovaly ztracené mozkové funkce a poskytl buňkám dostatek kyslíku. Umělé plíce jsou umístěny v případech mrtvice po dobu až dvou týdnů. Během této doby se mění akutní období onemocnění a snižuje se otok mozku. Co nejdříve se musíte zbavit mechanického větrání.

Typy ventilace

Moderní metody umělé ventilace jsou rozděleny do dvou podmíněných skupin. Jednoduché se používají v naléhavých případech a hardwarové se používají v nemocničním prostředí. První lze použít, když člověk nemá spontánní dýchání, má akutní rozvoj poruch dechového rytmu nebo patologického režimu. Mezi jednoduché metody patří:

1. Z úst do úst nebo z úst do nosu– hlava oběti je zakloněna zpět na maximální úroveň, je otevřen vchod do hrtanu a je posunut kořen jazyka. Osoba provádějící proceduru stojí na boku, rukou stiskne křídla nosu pacienta, nakloní hlavu dozadu a druhou rukou si drží ústa. Zhluboka se nadechne, zachránce pevně přitiskne rty k ústům nebo nosu pacienta a prudce a energicky vydechne. Pacient by měl vydechnout kvůli elasticitě plic a hrudní kosti. Současně se provádí srdeční masáž.
2. Pomocí S-duct nebo Reuben vaku. Před použitím musí být pacientovi vyčištěny dýchací cesty a poté musí být maska ​​pevně přitlačena.

Ventilační režimy v intenzivní péči

Umělý dýchací přístroj se používá v intenzivní péči a patří mezi mechanická metoda Větrání Skládá se z respirátoru a endotracheální trubice nebo tracheostomické kanyly. Pro dospělé a děti se používají různé přístroje, které se liší velikostí vloženého přístroje a nastavitelnou frekvencí dýchání. Hardwarová ventilace se provádí ve vysokofrekvenčním režimu (více než 60 cyklů za minutu) za účelem snížení dechového objemu, snížení tlaku v plicích, přizpůsobení pacienta respirátoru a usnadnění průtoku krve do srdce.

Metody

Vysokofrekvenční umělá ventilace je rozdělena do tří metod používaných moderními lékaři:

• objemový– vyznačující se dechovou frekvencí 80-100 za minutu;
• oscilační– 600-3600 za minutu s vibracemi kontinuálního nebo přerušovaného průtoku;
• proud– 100-300 za minutu, je nejoblíbenější, při které se kyslík nebo směs plynů pod tlakem vstřikuje do dýchacích cest pomocí jehly nebo tenkého katétru, další možnosti jsou endotracheální trubice, tracheostomie, katetr nosem nebo kůží .

Kromě uvažovaných metod, které se liší frekvencí dýchání, se režimy ventilace rozlišují podle typu použitého zařízení:

1. Auto– dýchání pacienta je zcela utlumeno farmakologickými léky. Pacient plně dýchá pomocí komprese.
2. Pomocný– dýchání osoby je zachováno a při pokusu o vdechnutí je dodáván plyn.
3. Periodicky vynucené– používá se při přechodu z mechanické ventilace na spontánní dýchání. Postupné snižování frekvence umělých dechů nutí pacienta dýchat sám.
4. S PEEP– s ním zůstává intrapulmonální tlak kladný vzhledem k atmosférickému tlaku. To umožňuje lepší distribuci vzduchu v plicích a eliminuje otoky.
5. Elektrická stimulace bránice– se provádí prostřednictvím externích jehlových elektrod, které dráždí nervy na bránici a způsobují její rytmické stahování.

Ventilátor

Na jednotce intenzivní péče nebo pooperačním oddělení se používá ventilátor. Toto lékařské vybavení je potřebné k dodávání plynné směsi kyslíku a suchého vzduchu do plic. Nucený režim se používá k nasycení buněk a krve kyslíkem a odstranění oxidu uhličitého z těla. Kolik typů ventilátorů existuje:

• podle typu použitého zařízení– endotracheální trubice, maska;
• podle použitého provozního algoritmu– manuální, mechanická, s neurořízenou ventilací;
• podle věku– pro děti, dospělé, novorozence;
• pohonem– pneumomechanické, elektronické, manuální;
• po domluvě– obecný, zvláštní;
• podle aplikované oblasti– jednotka intenzivní péče, resuscitační oddělení, pooperační oddělení, anesteziologie, novorozenci.

Technika umělé ventilace

Lékaři k provádění umělé ventilace používají ventilátory. Po vyšetření pacienta lékař určí frekvenci a hloubku nádechů a vybere směs plynů. Plyny pro kontinuální dýchání jsou přiváděny hadicí napojenou na endotracheální trubici, přístroj reguluje a kontroluje složení směsi. Pokud je použita maska, která zakrývá nos a ústa, je zařízení vybaveno poplašným systémem, který upozorní na narušení procesu dýchání. Pro dlouhodobou ventilaci je endotracheální trubice zavedena do otvoru přední stěnou trachey.

Problémy při umělé ventilaci

Po instalaci ventilátoru a během jeho provozu mohou nastat problémy:

1. Přítomnost zápasu pacienta s ventilátorem. K její nápravě se eliminuje hypoxie, kontroluje se poloha zavedené endotracheální rourky a samotné vybavení.
2. Desynchronizace s respirátorem. Vede k poklesu dechového objemu a nedostatečné ventilaci. Za příčiny se považuje kašel, zadržování dechu, plicní patologie, křeče v průduškách a nesprávně nainstalovaný přístroj.
3. Vysoký tlak v dýchacích cestách. Příčiny jsou: porušení integrity trubice, bronchospasmy, plicní edém, hypoxie.

Odvykání od mechanické ventilace

Použití umělé plicní ventilace může být doprovázeno úrazy v důsledku vysokého krevního tlaku, zápalem plic, sníženou srdeční funkcí a dalšími komplikacemi. Proto je důležité se zastavit umělá ventilace co nejrychleji s ohledem na klinickou situaci. Indikací pro odstavení je pozitivní dynamika zotavení s následujícími ukazateli:

• obnovení dýchání s frekvencí nižší než 35 za minutu;
• minutová ventilace snížena na 10 ml/kg nebo méně;
• pacient nemá horečku nebo infekci nebo apnoe;
• krevní obraz je stabilní.

Před odvykáním od respirátoru zkontrolujte zbytky svalové blokády a snižte dávku sedativ na minimum. Rozlišují se následující způsoby odvykání od umělé ventilace.

Lidské plíce jsou párový orgán umístěný v hrudníku. Jejich hlavní funkcí je dýchání. Pravá plíce má ve srovnání s levou větší objem. To je způsobeno skutečností, že lidské srdce, které je uprostřed hrudníku, je posunuto na levou stranu. Objem plic je v průměru asi 3 litry a mezi profesionálními sportovci více než 8. Velikost jedné ženské plíce zhruba odpovídá třílitrové nádobě zploštělé na jedné straně o hmotnosti 350 g. U mužů tyto parametry jsou 10-15% více.

Vznik a vývoj

Nárůst počtu alveolů pokračuje až do 20-22 let. K tomu dochází zvláště silně v prvním roce a půl až dvou letech života. A po 50 letech začíná proces involuce, způsobený změnami souvisejícími s věkem. Snižuje se kapacita plic a jejich velikost. Po 70 letech se difúze kyslíku v alveolech zhoršuje.

Struktura

Celková plocha alveolů, na kterých probíhá proces výměny plynů, není konstantní a mění se s každou fází nádechu a výdechu. Při výdechu je to 35-40 m2 a při nádechu 100-115 m2.

Prevence

Transplantace

Náklady na takovou operaci na Západě jsou asi 100 tisíc eur. Přežití pacientů je 60 %. V Rusku se takové operace provádějí zdarma a přežije jen každý třetí příjemce. A pokud se po celém světě ročně provede více než 3000 transplantací, pak v Rusku je to jen 15-20. Poměrně silný pokles cen dárcovských orgánů v Evropě a Spojených státech byl pozorován během aktivní fáze války v Jugoslávii. Mnoho analytiků to připisuje podnikání Hashima Thaciho, který prodává živé Srby na orgány. Což mimochodem potvrdila Carla Del Ponte.

Umělé plíce – všelék nebo sci-fi?

V roce 2002 Japonsko oznámilo, že testuje zařízení podobné ECMO, pouze o velikosti dvou krabiček cigaret. Věc nešla dál než k testování. Po 8 letech vytvořili američtí vědci z Yale Institute téměř kompletní umělé plíce. Byl vyroben z poloviny ze syntetických materiálů a z poloviny z živých buněk plicní tkáně. Zařízení bylo testováno na potkanech a produkovalo specifický imunoglobulin v reakci na zavlečení patologických bakterií.

A doslova o rok později, v roce 2011, již v Kanadě vědci navrhli a otestovali zařízení, které se zásadně lišilo od výše uvedeného. Umělá plíce, která zcela napodobovala tu lidskou. Silikonové cévy o tloušťce až 10 mikronů, povrchová plocha propustná pro plyny podobná lidskému orgánu. A co je nejdůležitější, toto zařízení na rozdíl od jiných nevyžadovalo čistý kyslík a dokázalo obohatit krev kyslíkem ze vzduchu. A ke svému fungování nepotřebuje zdroje energie třetích stran. Může být implantován do hrudníku. Pokusy na lidech jsou plánovány na rok 2020.

Ale zatím jsou to všechno jen vývoj a experimentální vzorky. A letos vědci z University of Pittsburgh oznámili zařízení PAAL. Jedná se o stejný ECMO komplex, jen o velikosti fotbalového míče. K obohacení krve potřebuje čistý kyslík a ten lze použít pouze ambulantně, ale pacient zůstává mobilní. A dnes je to nejlepší alternativa k lidským plicím.

Umělé plíce, které jsou dostatečně malé na nošení v batohu, byly již úspěšně testovány na zvířatech. Taková zařízení toho dokážou mnohem víc pohodlnější než život ti lidé, jejichž vlastní plíce z jakéhokoli důvodu nefungují správně. Doposud se pro tyto účely používalo velmi těžkopádné zařízení, ale nové zařízení, které vědci v současnosti vyvíjejí, to může jednou provždy změnit.

Osoba, jejíž plíce nejsou schopny plnit svou primární funkci, je obvykle připojena ke strojům, které pumpují její krev přes výměník plynu, obohacují ji kyslíkem a odstraňují z ní oxid uhličitý. Samozřejmě, během tohoto procesu je osoba nucena ležet na posteli nebo gauči. A čím déle leží, tím jsou jejich svaly slabší, takže zotavení je nepravděpodobné. Právě proto, aby byli pacienti mobilní, byly vyvinuty kompaktní umělé plíce. Tento problém se stal obzvláště naléhavým v roce 2009, kdy došlo k propuknutí epidemie prasečí chřipka, v důsledku čehož mnoha pacientům selhávaly plíce.

Umělé plíce mohou pacientům nejen pomoci zotavit se z některých plicních infekcí, ale také umožnit pacientům čekat na vhodné dárce plic k transplantaci. Jak víte, fronta může někdy trvat mnoho let. Situaci komplikuje skutečnost, že lidé se selhávajícími plícemi mají zpravidla také značně oslabené srdce, které musí pumpovat krev.

„Vytvořit umělé plíce je mnohem obtížnější úkol než navrhnout umělé srdce. Srdce jednoduše pumpuje krev, zatímco plíce jsou komplexní sítí alviol, ve kterých dochází k procesu výměny plynů. „Dnes neexistuje žádná technologie, která by se co i jen přiblížila účinnosti skutečných plic,“ říká William Federspiel, zaměstnanec University of Pittsburgh.

Tým Williama Federspiela vyvinul umělou plíci, která obsahuje pumpu (na podporu srdce) a výměník plynu, ale zařízení je tak kompaktní, že se snadno vejde do malé tašky nebo batohu. Zařízení je připojeno k trubicím napojeným na oběhový systém člověka, účinně obohacuje krev o kyslík a odstraňuje z ní přebytečný oxid uhličitý. Tento měsíc byly dokončeny úspěšné testy zařízení na čtyřech pokusných ovcích, během kterých byla krev zvířat nasycena kyslíkem různá obdobíčas. Vědci tak postupně prodloužili dobu nepřetržitého provozu zařízení na pět dní.

Alternativní model umělých plic vyvíjejí vědci z Carnegie Mellon University v Pittsburghu. Tento přístroj je určen především těm pacientům, jejichž srdce je dostatečně zdravé na to, aby samostatně pumpovalo krev zevním umělý orgán. Zařízení je stejným způsobem připojeno k trubicím přímo spojeným se srdcem člověka, poté je připevněno k jeho tělu pomocí pásů. Zatímco obě zařízení vyžadují zdroj kyslíku, jinými slovy, další přenosnou láhev. Na druhou stranu vědci se v současnosti snaží tento problém řešit a docela se jim to daří.

Právě teď vědci testují prototyp umělé plíce, která již nepotřebuje kyslíkovou nádrž. Nová generace zařízení bude podle oficiálního prohlášení ještě kompaktnější a z okolního vzduchu se bude uvolňovat kyslík. Prototyp je v současné době testován na laboratorních potkanech a vykazuje skutečně působivé výsledky. Tajemstvím nového modelu umělých plic je použití ultratenkých (pouhých 20 mikrometrů) trubiček vyrobených z polymerních membrán, které výrazně zvětšují povrch výměny plynů.