Umelé ľudské orgány. Saturácia krvi kyslíkom Umelé pľúca

To, že fúkanie vzduchu do pľúc dokáže človeka oživiť, je známe už v staroveku, no pomocné zariadenia na to sa začali vyrábať až v stredoveku. V roku 1530 Paracelsus prvýkrát použil ústny kanál s koženým mechom určeným na rozdúchavanie ohňa v krbe. O trinásť rokov neskôr Vesaleus publikoval svoju prácu „O štruktúre ľudského tela“, v ktorej zdôvodnil výhody ventilácie pľúc pomocou trubice vloženej do priedušnice. A v roku 2013 vedci z Case Western Reserve University vytvorili prototyp umelé pľúca. Zariadenie využíva čistený atmosférický vzduch a nevyžaduje koncentrovaný kyslík. Štruktúra prístroja pripomína ľudské pľúca so silikónovými kapilárami a alveolami a funguje na mechanickej pumpe. Biopolymérové ​​trubičky napodobňujú vetvenie priedušiek na bronchioly. V budúcnosti sa plánuje zlepšenie prístroja s odkazom na kontrakcie myokardu. Mobilné zariadenie s vysokou pravdepodobnosťou môže nahradiť transportný ventilátor.

Rozmery umelých pľúc sú až 15x15x10 centimetrov chcú jej rozmery čo najviac priblížiť ľudskému orgánu. Obrovská plocha plynovej difúznej membrány poskytuje 3-5 násobné zvýšenie účinnosti výmeny kyslíka.

Zariadenie sa v súčasnosti testuje na ošípaných, ale testy už preukázali jeho účinnosť pri liečbe zlyhania dýchania. Zavedenie umelých pľúc pomôže eliminovať potrebu masívnejších transportných ventilátorov, ktoré pracujú s výbušnými kyslíkovými fľašami.

Umelé pľúca umožňujú aktivovať pacienta inak odkázaného na lôžkovú jednotku intenzívnej starostlivosti alebo transportný ventilátor. A s aktiváciou sa zvyšuje šanca na zotavenie a psychický stav.

Pacienti, ktorí čakajú na darcovskú transplantáciu pľúc, musia väčšinou stráviť dlhý čas v nemocnici na umelom okysličovacom prístroji, pomocou ktorého môžete len ležať na lôžku a sledovať, ako prístroj dýcha za vás.

Projekt umelých pľúc, schopných protetického zlyhania dýchania, dáva týmto pacientom šancu na rýchle uzdravenie.

Prenosná súprava umelých pľúc obsahuje samotné pľúca a krvnú pumpu. Autonómna prevádzka je navrhnutá až na tri mesiace. Malé rozmery prístroja umožňujú nahradiť transportný ventilátor záchrannej zdravotnej služby.

Základom činnosti pľúc je prenosná pumpa, ktorá obohacuje krv o vzdušné plyny.

Niektorí ľudia (najmä novorodenci) nevyžadujú dlhodobý prísun vysoko koncentrovaného kyslíka pre jeho oxidačné vlastnosti.

Ďalším neštandardným analógom mechanickej ventilácie používanej pri ťažkom poškodení miechy je transkutánna elektrická stimulácia bránicových nervov („phrenicus stimulation“). Bola vyvinutá transpleurálna masáž pľúc podľa V.P. Smolnikova - vytvorenie stavu pulzujúceho pneumotoraxu v pleurálnych dutinách.

Obsah

Ak je dýchanie narušené, pacientovi sa poskytne umelá ventilácia alebo mechanická ventilácia. Používa sa na podporu života, keď pacient nemôže sám dýchať alebo keď leží na operačnom stole v anestézii, ktorá spôsobuje nedostatok kyslíka. Existuje niekoľko typov mechanickej ventilácie – od jednoduchých manuálnych až po hardvérové. Prvý zvládne takmer každý, zatiaľ čo druhý si vyžaduje pochopenie dizajnu a pravidiel používania zdravotníckych zariadení.

Čo je umelá ventilácia

V medicíne sa mechanická ventilácia vzťahuje na umelé vstrekovanie vzduchu do pľúc, aby sa zabezpečila výmena plynov medzi prostredím a alveolami. Umelá ventilácia môže byť použitá ako resuscitačné opatrenie, keď má človek vážne problémy so spontánnym dýchaním, alebo ako prostriedok ochrany pred nedostatkom kyslíka. Posledný stav sa vyskytuje počas anestézie alebo spontánnych ochorení.

Formy umelého vetrania sú hardvérové ​​a priame. Prvý využíva na dýchanie plynnú zmes, ktorá je cez endotracheálnu trubicu pumpovaná do pľúc prístrojom. Priame zahŕňa rytmickú kompresiu a expanziu pľúc, aby sa zabezpečila pasívna inhalácia a výdych bez použitia zariadenia. Ak sa použijú „elektrické pľúca“, svaly sú stimulované impulzom.

Indikácie pre mechanickú ventiláciu

Existujú indikácie pre umelú ventiláciu a udržiavanie normálnej funkcie pľúc:

• náhle zastavenie krvného obehu;
• mechanická asfyxia dýchania;
• poranenia hrudníka a mozgu;
• akútna otrava;
• prudký pokles krvný tlak;
• kardiogénny šok;
• astmatický záchvat.

Po operácii

Endotracheálna trubica zariadenia na umelú ventiláciu sa zavedie do pľúc pacienta na operačnej sále alebo po doručení z nej na jednotku intenzívnej starostlivosti alebo oddelenie na monitorovanie stavu pacienta po anestézii. Ciele a ciele potreby mechanickej ventilácie po operácii sú:

• odstránenie vykašliavania spúta a sekrétov z pľúc, čo znižuje výskyt infekčných komplikácií;
• zníženie potreby podpory kardiovaskulárneho systému, zníženie rizika dolnej hlbokej žilovej trombózy;
• vytvorenie podmienok pre kŕmenie sondou, aby sa znížil výskyt gastrointestinálnych ťažkostí a vrátila sa normálna peristaltika;
• zníženie negatívneho účinku na kostrové svaly po dlhšom pôsobení anestetík;
• rýchla normalizácia duševných funkcií, normalizácia spánku a bdenia.

Na zápal pľúc

Ak sa u pacienta vyvinie ťažký zápal pľúc, rýchlo to vedie k rozvoju akútneho respiračného zlyhania. Indikácie pre použitie umelej ventilácie pre túto chorobu sú:

• poruchy vedomia a psychiky;
• zníženie krvného tlaku na kritickú úroveň;
• prerušované dýchanie viac ako 40-krát za minútu.

Vykonáva sa umelé vetranie skoré štádia rozvoj ochorenia s cieľom zvýšiť efektivitu práce a znížiť riziko úmrtia. Mechanická ventilácia trvá 10-14 dní; tracheostómia sa vykonáva 3-4 hodiny po zavedení trubice. Ak je zápal pľúc masívny, vykonáva sa s pozitívnym tlakom na konci výdychu (PEEP), aby sa zlepšila distribúcia pľúc a znížil sa venózny skrat. Spolu s mechanickou ventiláciou sa vykonáva intenzívna antibiotická terapia.

Na mŕtvicu

Pripojenie ventilátora pri liečbe cievnej mozgovej príhody sa považuje za rehabilitačné opatrenie pre pacienta a je predpísané, keď je indikované:

• vnútorné krvácanie;
• poškodenie pľúc;
• patológia v oblasti respiračných funkcií;
• kóma.

Počas ischemického alebo hemoragického záchvatu sa pozorujú ťažkosti s dýchaním, ktoré sa obnoví pomocou ventilátora, aby sa normalizovali stratené funkcie mozgu a poskytli bunkám dostatok kyslíka. Umelé pľúca sa umiestňujú v prípadoch mŕtvice až na dva týždne. Počas tejto doby sa akútne obdobie ochorenia mení a opuch mozgu klesá. Čo najskôr sa musíte zbaviť mechanického vetrania.

Druhy mechanického vetrania

Moderné metódy umelého vetrania sú rozdelené do dvoch podmienených skupín. Jednoduché sa používajú v núdzových prípadoch a hardvérové ​​sa používajú v nemocničnom prostredí. Prvé sa môžu použiť, keď človek nemá spontánne dýchanie, má akútny rozvoj porúch dýchacieho rytmu alebo patologického režimu. Jednoduché metódy zahŕňajú:

1. Z úst do úst alebo z úst do nosa– hlava obete sa nakloní dozadu na maximálnu úroveň, otvorí sa vchod do hrtana a posunie sa koreň jazyka. Osoba vykonávajúca procedúru stojí na boku, rukou stlačí krídla nosa pacienta, nakloní hlavu dozadu a druhou rukou si drží ústa. Zhlboka sa nadýchne, záchranca pevne pritlačí pery k ústam alebo nosu pacienta a prudko a energicky vydýchne. Pacient by mal vydýchnuť kvôli elasticite pľúc a hrudnej kosti. Súčasne sa vykonáva masáž srdca.
2. Pomocou S-duct alebo Reuben vaku. Pred použitím je potrebné uvoľniť dýchacie cesty pacienta a následne masku pevne pritlačiť.

Režimy ventilácie v intenzívnej starostlivosti

Prístroj na umelé dýchanie sa používa v intenzívnej starostlivosti a patrí medzi mechanická metóda Vetranie Skladá sa z respirátora a endotracheálnej trubice alebo tracheostomickej kanyly. Pre dospelých a deti sa používajú rôzne prístroje, ktoré sa líšia veľkosťou vloženého prístroja a nastaviteľnou frekvenciou dýchania. Hardvérová ventilácia sa vykonáva vo vysokofrekvenčnom režime (viac ako 60 cyklov za minútu) s cieľom znížiť dychový objem, znížiť tlak v pľúcach, prispôsobiť pacienta respirátoru a uľahčiť prietok krvi do srdca.

Metódy

Vysokofrekvenčná umelá ventilácia je rozdelená do troch metód, ktoré používajú moderní lekári:

• objemový- charakterizovaná frekvenciou dýchania 80-100 za minútu;
• oscilačné– 600-3600 za minútu s vibráciami kontinuálneho alebo prerušovaného prietoku;
• prúdové lietadlo– 100-300 za minútu, je najpopulárnejší, pri ktorom sa kyslík alebo zmes plynov pod tlakom vstrekuje do dýchacieho traktu pomocou ihly alebo tenkého katétra, ďalšie možnosti sú endotracheálna trubica, tracheostómia, katéter cez nos alebo cez kožu .

Okrem uvažovaných metód, ktoré sa líšia frekvenciou dýchania, sa režimy ventilácie rozlišujú podľa typu použitého zariadenia:

1. Auto– dýchanie pacienta je úplne utlmené farmakologickými liekmi. Pacient plne dýcha pomocou kompresie.
2. Pomocný– dýchanie osoby je zachované a pri pokuse o vdýchnutie je dodávaný plyn.
3. Periodické nútené– používa sa pri prechode z mechanickej ventilácie na spontánne dýchanie. Postupné znižovanie frekvencie umelých vdychov núti pacienta dýchať sám.
4. S PEEP– s ním zostáva intrapulmonálny tlak pozitívny v porovnaní s atmosférickým tlakom. To umožňuje lepšiu distribúciu vzduchu v pľúcach a eliminuje opuch.
5. Elektrická stimulácia bránice– prebieha cez vonkajšie ihlové elektródy, ktoré dráždia nervy na bránici a spôsobujú jej rytmické sťahovanie.

Ventilátor

Na jednotke intenzívnej starostlivosti alebo pooperačnom oddelení sa používa ventilátor. Toto lekárske vybavenie je potrebné na dodávanie plynnej zmesi kyslíka a suchého vzduchu do pľúc. Nútený režim sa používa na nasýtenie buniek a krvi kyslíkom a odstránenie oxidu uhličitého z tela. Koľko typov ventilátorov existuje:

• podľa typu použitého zariadenia– endotracheálna trubica, maska;
• podľa použitého operačného algoritmu– manuálna, mechanická, s neurokontrolovanou ventiláciou;
• podľa veku– pre deti, dospelých, novorodencov;
• pohonom– pneumomechanické, elektronické, manuálne;
• podľa dohody– všeobecný, špeciálny;
• podľa aplikovanej oblasti– jednotka intenzívnej starostlivosti, resuscitačné oddelenie, pooperačné oddelenie, anesteziológia, novorodenci.

Technika umelého vetrania

Lekári používajú ventilátory na vykonávanie umelej ventilácie. Po vyšetrení pacienta lekár určí frekvenciu a hĺbku dychov a vyberie zmes plynov. Plyny na nepretržité dýchanie sa privádzajú hadicou pripojenou k endotracheálnej trubici, prístroj reguluje a kontroluje zloženie zmesi. Ak sa používa maska, ktorá zakrýva nos a ústa, zariadenie je vybavené poplašným systémom, ktorý upozorní na narušenie dýchacieho procesu. Na dlhodobú ventiláciu sa endotracheálna trubica zavedie do otvoru cez prednú stenu priedušnice.

Problémy pri umelej ventilácii

Po inštalácii zariadenia na umelú ventiláciu a počas jeho prevádzky môžu nastať problémy:

1. Prítomnosť zápasu pacienta s ventilátorom. Na jej nápravu sa eliminuje hypoxia, kontroluje sa poloha zavedenej endotracheálnej trubice a samotné vybavenie.
2. Desynchronizácia s respirátorom. Vedie k poklesu dychového objemu a nedostatočnej ventilácii. Za príčiny sa považuje kašeľ, zadržiavanie dychu, pľúcne patológie, kŕče v prieduškách a nesprávne nainštalované zariadenie.
3. Vysoký tlak v dýchacích cestách. Príčiny sú: porušenie integrity trubice, bronchospazmy, pľúcny edém, hypoxia.

Odvykanie od mechanickej ventilácie

Použitie mechanickej ventilácie môže byť sprevádzané zraneniami v dôsledku vysokého krvného tlaku, zápalom pľúc, zníženou funkciou srdca a inými komplikáciami. Preto je dôležité zastaviť sa umelé vetraniečo najrýchlejšie, berúc do úvahy klinickú situáciu. Indikáciou pre odstavenie je pozitívna dynamika zotavenia s nasledujúcimi ukazovateľmi:

• obnovenie dýchania s frekvenciou menšou ako 35 za minútu;
• minútová ventilácia znížená na 10 ml/kg alebo menej;
• pacient nemá horúčku alebo infekciu alebo apnoe;
• krvný obraz je stabilný.

Pred odvykaním od respirátora skontrolujte zvyšky svalovej blokády a znížte dávku sedatív na minimum. Rozlišujú sa nasledujúce režimy odstavenia od umelej ventilácie.

Ľudské pľúca sú párový orgán umiestnený v hrudníku. Ich hlavnou funkciou je dýchanie. Pravé pľúca majú väčší objem v porovnaní s ľavými. Je to spôsobené tým, že ľudské srdce, ktoré je v strede hrudníka, je posunuté na ľavú stranu. Objem pľúc je v priemere asi 3 litre a medzi profesionálnymi športovcami viac ako 8. Veľkosť pľúc jednej ženy približne zodpovedá trojlitrovej nádobe sploštenej na jednej strane s hmotnosťou 350 g. U mužov sú tieto parametre 10-15% viac.

Formovanie a vývoj

Nárast počtu alveol pokračuje až do 20-22 rokov. Stáva sa to obzvlášť výrazne v prvom roku a pol až dvoch rokoch života. A po 50 rokoch začína proces involúcie spôsobený zmenami súvisiacimi s vekom. Kapacita a veľkosť pľúc klesá. Po 70 rokoch sa difúzia kyslíka v alveolách zhoršuje.

Štruktúra

Celková plocha alveol, na ktorej prebieha proces výmeny plynov, nie je konštantná a mení sa s každou fázou nádychu a výdychu. Pri výdychu je to 35-40 m2 a pri vdýchnutí je to 100-115 m2.

Prevencia

Transplantácia

Náklady na takúto operáciu na Západe sú asi 100-tisíc eur. Prežitie pacientov je 60 %. V Rusku sa takéto operácie vykonávajú bezplatne a prežije len každý tretí príjemca. A ak sa ročne vykoná viac ako 3 000 transplantácií na celom svete, potom v Rusku je ich len 15-20. Pomerne silný pokles cien darcovských orgánov v Európe a Spojených štátoch bol zaznamenaný počas aktívnej fázy vojny v Juhoslávii. Mnohí analytici to pripisujú obchodu Hashima Thaciho s predajom živých Srbov na orgány. Čo, mimochodom, potvrdila aj Carla Del Ponte.

Umelé pľúca – všeliek alebo sci-fi?

V roku 2002 Japonsko oznámilo, že testuje zariadenie podobné ECMO, len s veľkosťou dvoch balení cigariet. Vec nezašla ďalej ako k testovaniu. Po 8 rokoch vytvorili americkí vedci z Yale Institute takmer kompletné umelé pľúca. Bola vyrobená z polovice zo syntetických materiálov a z polovice zo živých buniek pľúcneho tkaniva. Zariadenie bolo testované na potkanoch a produkovalo špecifický imunoglobulín ako odpoveď na zavedenie patologických baktérií.

A doslova o rok neskôr, v roku 2011, už v Kanade vedci navrhli a otestovali zariadenie, ktoré sa zásadne líšilo od vyššie uvedeného. Umelé pľúca, ktoré úplne napodobňovali ľudské. Silikónové cievy s hrúbkou až 10 mikrónov, povrchová plocha prepúšťajúca plyny podobná ľudskému orgánu. Najdôležitejšie je, že toto zariadenie na rozdiel od iných nevyžadovalo čistý kyslík a dokázalo obohatiť krv o kyslík zo vzduchu. A na fungovanie nepotrebuje zdroje energie tretích strán. Môže byť implantovaný do hrudníka. Skúšky na ľuďoch sú plánované na rok 2020.

Ale zatiaľ sú to všetko len vývoj a experimentálne vzorky. A tento rok vedci z University of Pittsburgh oznámili zariadenie PAAL. Ide o ten istý ECMO komplex, len o veľkosti futbalovej lopty. Na obohatenie krvi potrebuje čistý kyslík a ten sa dá použiť len ambulantne, ale pacient zostáva mobilný. A dnes je to najlepšia alternatíva k ľudským pľúcam.

Umelé pľúca, ktoré sú dostatočne malé na to, aby sa dali nosiť v batohu, už boli úspešne testované na zvieratách. Takéto zariadenia dokážu oveľa viac pohodlnejšie ako život tých ľudí, ktorých vlastné pľúca z akéhokoľvek dôvodu nefungujú správne. Doteraz sa na tieto účely používali veľmi ťažkopádne zariadenia, no nový prístroj, ktorý vedci v súčasnosti vyvíjajú, to môže raz a navždy zmeniť.

Osoba, ktorej pľúca nie sú schopné vykonávať svoju primárnu funkciu, je zvyčajne pripojená k strojom, ktoré pumpujú jej krv cez výmenník plynov, obohacujú ju kyslíkom a odstraňujú z nej oxid uhličitý. Samozrejme, počas tohto procesu je osoba nútená ležať na posteli alebo gauči. A čím dlhšie ležia, tým sú ich svaly slabšie, takže zotavenie je nepravdepodobné. Práve preto, aby boli pacienti mobilní, boli vyvinuté kompaktné umelé pľúca. Problém sa stal obzvlášť naliehavým v roku 2009, keď došlo k prepuknutiu choroby prasacia chrípka, v dôsledku čoho mnohým pacientom zlyhali pľúca.

Umelé pľúca môžu nielen pomôcť pacientom zotaviť sa z niektorých pľúcnych infekcií, ale tiež umožňujú pacientom počkať na vhodného darcu pľúc na transplantáciu. Ako viete, front môže niekedy trvať mnoho rokov. Situáciu komplikuje skutočnosť, že ľudia so zlyhávajúcimi pľúcami majú spravidla aj značne oslabené srdce, ktoré musí pumpovať krv.

„Vytvorenie umelých pľúc je oveľa náročnejšia úloha ako navrhnutie umelého srdca. Srdce jednoducho pumpuje krv, zatiaľ čo pľúca sú komplexnou sieťou alviol, v rámci ktorej prebieha proces výmeny plynov. „Dnes neexistuje žiadna technológia, ktorá by sa čo i len priblížila k účinnosti skutočných pľúc,“ hovorí William Federspiel, zamestnanec Univerzity v Pittsburghu.

Tím Williama Federspiela vyvinul umelé pľúca, ktoré obsahujú pumpu (na podporu srdca) a plynový výmenník, no zariadenie je také kompaktné, že sa bez problémov zmestí do malej tašky či batohu. Zariadenie je napojené na hadičky napojené na obehový systém človeka, účinne obohacujú krv kyslíkom a odstraňujú z nej prebytočný oxid uhličitý. Tento mesiac boli dokončené úspešné testy zariadenia na štyroch experimentálnych ovciach, počas ktorých bola krv zvierat nasýtená kyslíkom rôzne obdobiačas. Vedci tak postupne zvýšili dobu nepretržitej prevádzky zariadenia na päť dní.

Alternatívny model umelých pľúc vyvíjajú vedci z Carnegie Mellon University v Pittsburghu. Toto zariadenie je určené predovšetkým tým pacientom, ktorých srdce je dostatočne zdravé na to, aby nezávisle pumpovalo krv cez vonkajšok umelý orgán. Zariadenie je rovnakým spôsobom pripojené k trubiciam priamo pripojeným k srdcu osoby, po ktorej je pripevnené k telu pomocou pásov. Zatiaľ čo obe zariadenia vyžadujú zdroj kyslíka, inými slovami, prídavnú prenosnú fľašu. Na druhej strane vedci sa v súčasnosti snažia tento problém vyriešiť a celkom sa im to darí.

Práve teraz výskumníci testujú prototyp umelých pľúc, ktoré už nevyžadujú kyslíkovú nádrž. Nová generácia zariadenia bude podľa oficiálneho vyjadrenia ešte kompaktnejšia a z okolitého vzduchu sa bude uvoľňovať kyslík. Prototyp sa momentálne testuje na laboratórnych potkanoch a vykazuje skutočne pôsobivé výsledky. Tajomstvom nového modelu umelých pľúc je použitie ultratenkých (len 20 mikrometrových) trubíc vyrobených z polymérových membrán, ktoré výrazne zväčšujú povrch výmeny plynov.