Organe umane artificiale. Saturația de oxigen din sânge Plămâni artificiali

Faptul că suflarea aerului în plămâni poate reînvia o persoană este cunoscut încă din cele mai vechi timpuri, dar dispozitivele auxiliare pentru aceasta au început să fie produse abia în Evul Mediu. În 1530, Paracelsus a folosit pentru prima dată o conductă bucală cu burduf din piele concepută pentru a aprinde focul într-un șemineu. Treisprezece ani mai târziu, Vesaleus și-a publicat lucrarea „Despre structură corpul uman„, în care a fundamentat beneficiile ventilației plămânilor printr-un tub introdus în trahee. Și în 2013, cercetătorii de la Case Western Reserve University au creat un prototip plămân artificial. Aparatul folosește aer atmosferic purificat și nu necesită oxigen concentrat. Structura dispozitivului seamănă cu un plămân uman cu capilare și alveole din silicon și funcționează pe o pompă mecanică. Tuburile de biopolimer imită ramificarea bronhiilor în bronhiole. În viitor, este planificată îmbunătățirea dispozitivului cu referire la contracțiile miocardice. Dispozitiv mobil cu o mare probabilitate poate înlocui un ventilator de transport.

Dimensiunile plămânului artificial sunt de până la 15x15x10 centimetri ei doresc să aducă dimensiunile acestuia cât mai aproape de organul uman. Suprafața imensă a membranei de difuzie a gazelor oferă o creștere de 3-5 ori a eficienței schimbului de oxigen.

Dispozitivul este în prezent testat pe porci, dar testele au arătat deja eficacitatea acestuia în tratarea insuficienței respiratorii. Introducerea unui plămân artificial va ajuta la eliminarea necesității unor ventilatoare de transport mai masive care funcționează cu butelii de oxigen explozive.

Un plămân artificial face posibilă activarea unui pacient, altfel izolat la o unitate de terapie intensivă de lângă pat sau un ventilator de transport. Și odată cu activare, șansele de recuperare și starea psihologică cresc.

Pacienții care așteaptă un transplant de plămâni de la donator trebuie de obicei să petreacă mult timp în spital pe o mașină de oxigenare artificială, folosindu-se doar să stai întins într-un pat și să privești aparatul cum respiră pentru tine.

Proiectul unui plămân artificial, capabil de insuficiență respiratorie protetică, oferă acestor pacienți șansa de recuperare rapidă.

Trusa portabilă pentru plămâni artificiali include plămânul în sine și o pompă de sânge. Funcționarea autonomă este proiectată pentru până la trei luni. Dimensiunea redusă a dispozitivului îi permite să înlocuiască ventilatorul de transport al serviciilor medicale de urgență.

Munca plămânului se bazează pe o pompă portabilă care îmbogățește sângele cu gaze de aer.

Unii oameni (în special nou-născuții) nu au nevoie de furnizare pe termen lung de oxigen foarte concentrat datorită proprietăților sale oxidante.

Un alt analog non-standard al ventilației mecanice utilizat pentru leziuni severe ale măduvei spinării este stimularea electrică transcutanată a nervilor frenici („stimularea phrenicus”). A fost dezvoltat un masaj pulmonar transpleural conform V.P Smolnikov - creând o stare de pneumotorax pulsatoriu în cavitățile pleurale.

Conţinut

Dacă respirația este afectată, pacientului i se administrează ventilație artificială sau ventilație mecanică. Se foloseste pentru sustinerea vietii atunci cand pacientul nu poate respira singur sau cand sta intins pe masa de operatie sub anestezie care determina lipsa de oxigen. Există mai multe tipuri de ventilație mecanică - de la simplu manual la hardware. Aproape oricine se poate ocupa de primul, în timp ce al doilea necesită înțelegerea designului și a regulilor de utilizare a echipamentului medical.

Ce este ventilația artificială

În medicină, ventilația mecanică se referă la injectarea artificială a aerului în plămâni pentru a asigura schimbul de gaze între mediu și alveole. Ventilația artificială poate fi folosită ca măsură de resuscitare atunci când o persoană are probleme grave cu respirația spontană sau ca mijloc de protecție împotriva lipsei de oxigen. Această din urmă condiție apare în timpul anesteziei sau bolilor spontane.

Formele de ventilație artificială sunt hardware și directe. Primul folosește un amestec de gaz pentru respirație, care este pompat în plămâni printr-un dispozitiv printr-un tub endotraheal. Direct implică compresia ritmică și expansiunea plămânilor pentru a asigura inhalarea și expirarea pasivă fără utilizarea unui dispozitiv. Dacă se folosește un „plămân electric”, mușchii sunt stimulați de un impuls.

Indicații pentru ventilație mecanică

Există indicații pentru ventilația artificială și menținerea funcției pulmonare normale:

• oprirea bruscă a circulației sângelui;
• asfixia mecanică a respirației;
• leziuni ale pieptului și creierului;
• intoxicație acută;
• o scădere bruscă tensiune arteriala;
• șoc cardiogen;
• atac de astm.

După operație

Tubul endotraheal al dispozitivului de ventilație artificială este introdus în plămânii pacientului în sala de operație sau după livrarea din acesta la unitatea de terapie intensivă sau secția pentru monitorizarea stării pacientului după anestezie. Scopurile și obiectivele necesității de ventilație mecanică după intervenție chirurgicală sunt:

• eliminarea sputei tuse și a secrețiilor din plămâni, ceea ce reduce incidența complicațiilor infecțioase;
• reducerea nevoii de sprijin a sistemului cardiovascular, reducerea riscului de tromboză venoasă profundă inferioară;
• crearea condițiilor pentru hrănirea cu tub pentru a reduce incidența tulburărilor gastrointestinale și a reveni la peristaltismul normal;
• reducerea efectului negativ asupra mușchilor scheletici după acțiunea prelungită a anestezicelor;
• normalizarea rapidă a funcțiilor mentale, normalizarea somnului și a stării de veghe.

Pentru pneumonie

Dacă un pacient dezvoltă pneumonie severă, aceasta duce rapid la dezvoltarea insuficienței respiratorii acute. Indicațiile pentru utilizarea ventilației artificiale pentru această boală sunt:

• tulburări ale conștiinței și psihicului;
• scăderea tensiunii arteriale la un nivel critic;
• respirație intermitentă de peste 40 de ori pe minut.

Se realizează ventilație artificială primele etape dezvoltarea bolii pentru a crește eficiența muncii și a reduce riscul de deces. Ventilația mecanică durează 10-14 zile traheostomia se efectuează la 3-4 ore după introducerea sondei. Dacă pneumonia este masivă, se efectuează cu presiune finală expiratorie pozitivă (PEEP) pentru a îmbunătăți distribuția pulmonară și a reduce șuntarea venoasă. Alături de ventilația mecanică, se efectuează terapie intensivă cu antibiotice.

Pentru accident vascular cerebral

Conectarea unui ventilator în tratamentul accidentului vascular cerebral este considerată o măsură de reabilitare pentru pacient și este prescrisă atunci când este indicat:

• hemoragie internă;
• afectarea plămânilor;
• patologie în domeniul funcției respiratorii;
• comă.

În timpul unui atac ischemic sau hemoragic, se observă dificultăți de respirație, care este restabilită de un ventilator pentru a normaliza funcțiile cerebrale pierdute și pentru a asigura celulelor suficient oxigen. Plămânii artificiali sunt plasați în cazurile de accident vascular cerebral timp de până la două săptămâni. În acest timp, perioada acută a bolii se modifică, iar umflarea creierului scade. Trebuie să scapi de ventilația mecanică cât mai curând posibil.

Tipuri de ventilație

Metodele moderne de ventilație artificială sunt împărțite în două grupuri condiționate. Cele simple sunt folosite în cazuri de urgență, iar cele hardware sunt folosite într-un cadru spitalicesc. Primele pot fi folosite atunci când o persoană nu are respirație spontană, are o dezvoltare acută a tulburărilor de ritm respirator sau un regim patologic. Metodele simple includ:

1. Gură la gură sau gură la nas– capul victimei este înclinat înapoi la nivelul maxim, intrarea în laringe este deschisă, iar rădăcina limbii este deplasată. Persoana care efectuează procedura stă pe o parte, strânge aripile nasului pacientului cu mâna, înclinând capul înapoi și ține gura cu cealaltă mână. Respirând adânc, salvatorul își apasă strâns buzele pe gura sau nasul pacientului și expiră puternic și puternic. Pacientul trebuie să expire datorită elasticității plămânilor și a sternului. În același timp, se efectuează și un masaj cardiac.
2. Folosind o pungă S-duct sau Reuben. Înainte de utilizare, căile respiratorii ale pacientului trebuie degajate, iar apoi masca trebuie apăsată strâns.

Moduri de ventilație la terapie intensivă

Aparatul de respirație artificială este utilizat în terapie intensivă și aparține metoda mecanica Ventilare Este format dintr-un aparat respirator și un tub endotraheal sau canulă de traheostomie. Pentru adulți și copii, sunt utilizate diferite dispozitive, care diferă în funcție de dimensiunea dispozitivului introdus și de frecvența de respirație reglabilă. Ventilația hardware este efectuată în modul de înaltă frecvență (mai mult de 60 de cicluri pe minut) pentru a reduce volumul curent, a reduce presiunea în plămâni, a adapta pacientul la aparatul respirator și a facilita fluxul de sânge către inimă.

Metode

Ventilația artificială de înaltă frecvență este împărțită în trei metode utilizate de medicii moderni:

• volumetric– caracterizat printr-o frecvență respiratorie de 80-100 pe minut;
• oscilatoare– 600-3600 pe minut cu vibrație de flux continuu sau intermitent;
• avion– 100-300 pe minut, este cea mai populară, în care se injectează oxigen sau un amestec de gaze sub presiune în tractul respirator cu ajutorul unui ac sau cateter subțire, alte opțiuni sunt tub endotraheal, traheostomie, cateter prin nas sau piele; .

Pe lângă metodele luate în considerare, care diferă ca frecvență de respirație, modurile de ventilație se disting în funcție de tipul de dispozitiv utilizat:

1. Auto– respirația pacientului este complet suprimată de medicamentele farmacologice. Pacientul respiră complet folosind compresia.
2. Auxiliar– respirația persoanei este menținută, iar gazul este furnizat atunci când încearcă să inspire.
3. Forțat periodic– folosit la trecerea de la ventilația mecanică la respirația spontană. O scădere treptată a frecvenței respirațiilor artificiale obligă pacientul să respire singur.
4. Cu PEEP– odată cu ea, presiunea intrapulmonară rămâne pozitivă în raport cu presiunea atmosferică. Acest lucru permite o mai bună distribuție a aerului în plămâni și elimină umflarea.
5. Stimularea electrică a diafragmei– se realizează prin intermediul electrozilor externi cu ac, care irită nervii de pe diafragmă și o fac să se contracte ritmic.

Ventilator

În secția de terapie intensivă sau în secția postoperatorie se folosește un ventilator. Acest echipament medical este necesar pentru a furniza plămânilor un amestec gazos de oxigen și aer uscat. Un mod forțat este folosit pentru a satura celulele și sângele cu oxigen și pentru a elimina dioxidul de carbon din organism. Câte tipuri de ventilatoare există:

• după tipul de echipament utilizat– tub endotraheal, mască;
• conform algoritmului de operare utilizat– manual, mecanic, cu ventilatie neurocontrolata;
• dupa varsta– pentru copii, adulți, nou-născuți;
• cu masina– pneumomecanic, electronic, manual;
• cu programare– general, special;
• in functie de zona aplicata– secție terapie intensivă, secție reanimare, secție postoperatorie, anestezie, nou-născuți.

Tehnica de ventilație artificială

Medicii folosesc ventilatoare pentru a efectua ventilația artificială. După examinarea pacientului, medicul determină frecvența și profunzimea respirațiilor și selectează amestecul de gaze. Gazele pentru respirație continuă sunt furnizate printr-un furtun conectat la un tub endotraheal, dispozitivul reglează și controlează compoziția amestecului. Dacă se folosește o mască care acoperă nasul și gura, dispozitivul este echipat cu un sistem de alarmă care anunță o încălcare a procesului de respirație. Pentru ventilația pe termen lung, tubul endotraheal este introdus în orificiu prin peretele anterior al traheei.

Probleme în timpul ventilației artificiale

După instalarea ventilatorului și în timpul funcționării acestuia, pot apărea probleme:

1. Prezența luptei pacientului cu ventilatorul. Pentru a o corecta, se elimină hipoxia, se verifică poziția tubului endotraheal introdus și echipamentul în sine.
2. Desincronizare cu un respirator. Conduce la o scădere a volumului curent și o ventilație inadecvată. Cauzele sunt considerate a fi tusea, ținerea respirației, patologii pulmonare, spasme în bronhii și un dispozitiv instalat incorect.
3. Presiune ridicată a căilor respiratorii. Cauzele sunt: ​​încălcarea integrității tubului, bronhospasme, edem pulmonar, hipoxie.

Înțărcarea de la ventilația mecanică

Utilizarea ventilației mecanice poate fi însoțită de leziuni cauzate de hipertensiune arterială, pneumonie, scăderea funcției cardiace și alte complicații. Prin urmare, este important să te oprești ventilatie artificiala cât mai repede posibil, ținând cont de situația clinică. Indicația pentru înțărcare este o dinamică pozitivă a recuperării cu următorii indicatori:

• restabilirea respirației cu o frecvență mai mică de 35 pe minut;
• ventilația pe minut a scăzut la 10 ml/kg sau mai puțin;
• pacientul nu are febră sau infecție sau apnee;
• hemogramele sunt stabile.

Înainte de a vă înțărca de la aparatul respirator, verificați blocarea musculară rămasă și reduceți doza de sedative la minimum. Se disting următoarele moduri de înțărcare de la ventilația artificială.

Plămânii umani sunt un organ pereche situat în piept. Funcția lor principală este respirația. Plămânul drept are un volum mai mare comparativ cu cel stâng. Acest lucru se datorează faptului că inima omului, fiind în mijlocul pieptului, este deplasată în partea stângă. Volumul pulmonar este în medie de aproximativ 3 litri, și printre sportivii profesioniști mai mult de 8. Dimensiunea plămânului unei femei corespunde aproximativ cu un borcan de trei litri turtit pe o parte, cu o masă 350 g. Pentru bărbați, acești parametri sunt 10-15% Mai mult.

Formare și dezvoltare

Creșterea numărului de alveole continuă până la 20-22 de ani. Acest lucru se întâmplă mai ales în primul an și jumătate până la doi ani de viață. Iar după 50 de ani începe procesul de involuție, cauzat de schimbările legate de vârstă. Capacitatea plămânilor și dimensiunea lor scade. După 70 de ani, difuzia oxigenului în alveole se înrăutățește.

Structura

Suprafața totală a alveolelor pe care are loc procesul de schimb de gaze nu este constantă și se modifică cu fiecare fază de inhalare și expirare. La expirare este de 35-40 mp, iar la inhalare este de 100-115 mp.

Prevenirea

Transplantul

Costul unei astfel de operațiuni în Occident este de aproximativ 100 de mii de euro. Supraviețuirea pacientului este de 60%. În Rusia, astfel de operațiuni sunt efectuate gratuit și doar fiecare al treilea destinatar supraviețuiește. Și dacă peste 3.000 de transplanturi sunt efectuate anual în întreaga lume, atunci în Rusia sunt doar 15-20. O scădere destul de puternică a prețurilor pentru organele donatoare în Europa și Statele Unite a fost observată în timpul fazei active a războiului din Iugoslavia. Mulți analiști atribuie acest lucru afacerii lui Hashim Thaci de a vinde sârbi vii pentru organe. Ceea ce, de altfel, a fost confirmat de Carla Del Ponte.

Plămâni artificiali - panaceu sau science fiction?

În 2002, Japonia a anunțat că testează un dispozitiv similar cu ECMO, doar de dimensiunea a două pachete de țigări. Problema nu a mers mai departe decât testarea. După 8 ani, oamenii de știință americani de la Institutul Yale au creat un plămân artificial aproape complet. A fost făcută jumătate din materiale sintetice și jumătate din celule vii ale țesutului pulmonar. Dispozitivul a fost testat pe un șobolan și a produs o imunoglobulină specifică ca răspuns la introducerea bacteriilor patologice.

Și literalmente un an mai târziu, în 2011, deja în Canada, oamenii de știință au proiectat și testat un dispozitiv care era fundamental diferit de cel de mai sus. Un plămân artificial care a imitat complet pe unul uman. Vase de silicon cu grosimea de până la 10 microni, o suprafață permeabilă la gaz asemănătoare cu un organ uman. Cel mai important, acest dispozitiv, spre deosebire de altele, nu necesita oxigen pur și era capabil să îmbogățească sângele cu oxigen din aer. Și nu are nevoie de surse de energie terțe pentru a funcționa. Poate fi implantat în piept. Testele pe oameni sunt planificate pentru 2020.

Dar deocamdată toate acestea sunt doar dezvoltări și mostre experimentale. Și anul acesta, oamenii de știință de la Universitatea din Pittsburgh au anunțat dispozitivul PAAL. Acesta este același complex ECMO, doar de dimensiunea unei mingi de fotbal. Pentru a îmbogăți sângele, are nevoie de oxigen pur și poate fi folosit doar în ambulatoriu, dar pacientul rămâne mobil. Și astăzi, aceasta este cea mai bună alternativă la plămânii umani.

Plămânii artificiali care sunt suficient de mici pentru a fi transportați într-un rucsac au fost deja testați cu succes pe animale. Astfel de dispozitive pot face mult mai mult mai confortabil decât viața acei oameni ai căror plămâni, indiferent de motiv, nu funcționează corect. Până acum au fost folosite echipamente foarte greoaie în aceste scopuri, dar un nou dispozitiv dezvoltat de oamenii de știință în acest moment poate schimba acest lucru o dată pentru totdeauna.

O persoană ai cărei plămâni nu își pot îndeplini funcția principală este de obicei atașată la mașini care își pompează sângele printr-un schimbător de gaze, îmbogățindu-l cu oxigen și eliminând dioxidul de carbon din acesta. Desigur, în timpul acestui proces persoana este forțată să se întindă pe pat sau canapea. Și cu cât stau întinși mai mult, cu atât mușchii lor devin mai slabi, ceea ce face ca recuperarea să fie puțin probabilă. Tocmai pentru a face pacienții mobili au fost dezvoltați plămânii artificiali compacti. Problema a devenit deosebit de presantă în 2009, când a apărut un focar gripa porcina, ca urmare a faptului că plămânii multor pacienți au eșuat.

Plămânii artificiali nu numai că pot ajuta pacienții să se recupereze după unele infecții pulmonare, ci îi permit și să aștepte plămânii donatori adecvați pentru transplant. După cum știți, coada poate dura uneori mulți ani. Situația este complicată de faptul că persoanele cu plămâni afectați, de regulă, au și o inimă foarte slăbită, care trebuie să pompeze sânge.

„Crearea plămânilor artificiali este o sarcină mult mai dificilă decât proiectarea unei inimi artificiale. Inima pur și simplu pompează sânge, în timp ce plămânii sunt o rețea complexă de alviole, în cadrul căreia are loc procesul de schimb de gaze. „Astăzi, nu există nicio tehnologie care să se apropie de eficiența plămânilor adevărați”, spune William Federspiel, angajat la Universitatea din Pittsburgh.

Echipa lui William Federspiel a dezvoltat un plămân artificial care include o pompă (pentru a susține inima) și un schimbător de gaze, dar dispozitivul este atât de compact încât poate încăpea cu ușurință într-o geantă mică sau într-un rucsac. Dispozitivul este conectat la tuburi conectate la sistemul circulator uman, îmbogățind eficient sângele cu oxigen și eliminând excesul de dioxid de carbon din acesta. Luna aceasta, testele cu succes ale dispozitivului au fost finalizate pe patru oi experimentale, timp în care sângele animalelor a fost saturat cu oxigen pentru perioade diferite timp. Astfel, oamenii de știință au crescut treptat timpul de funcționare continuă a dispozitivului la cinci zile.

Un model alternativ de plămâni artificiali este dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh. Acest dispozitiv este destinat în primul rând acelor pacienți a căror inimă este suficient de sănătoasă pentru a pompa în mod independent sângele prin exterior organ artificial. Dispozitivul este conectat în același mod la tuburi conectate direct la inima persoanei, după care este atașat de corpul acesteia cu curele. În timp ce ambele dispozitive necesită o sursă de oxigen, cu alte cuvinte, un cilindru portabil suplimentar. Pe de altă parte, oamenii de știință încearcă în prezent să rezolve această problemă și au destul de mult succes.

În acest moment, cercetătorii testează un prototip de plămân artificial care nu mai necesită un rezervor de oxigen. Potrivit declarației oficiale, noua generație a dispozitivului va fi și mai compactă, iar oxigenul va fi eliberat din aerul înconjurător. Prototipul este în prezent testat pe șobolani de laborator și arată rezultate cu adevărat impresionante. Secretul noului model de plămân artificial este utilizarea tuburilor ultrasubțiri (doar 20 de micrometri) din membrane polimerice, care măresc semnificativ suprafața de schimb de gaze.