Обеспечение безопасности и повышение эффективности вспомогательного кровообращения методом обхода левого желудочка сердца (Экспериментальное исследование) 14. 00. 41 трансплантология и искусственные органы

  1   2   3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Заболеваниями сердечно-сосудистой системы в России страдают более 5,5 млн. человек. По данным Росздрава смертность от тяжелых форм сердечной недостаточности на протяжении последних десятилетий не имеет тенденции к снижению и даже возросла с 52,8% до 55,4%. В тоже время за этот период в 1,3 раза увеличилось количество ежегодно проводимых кардиохирургических операций в условиях искусственного кровообращения (В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, Д.В. Шумаков, 2003). Исходя из этих тенденций, можно прогнозировать увеличение количества операций по поводу ишемической болезни сердца в ближайшие годы, особенно ее осложненных форм. Данная категория пациентов является группой риска развития медикаментозно некоррегируемой, тяжелой миокардиальной недостаточности в послеоперационном периоде. В этой связи вопрос о необходимости широкого внедрения в практику кардиохирургических центров России методов механической поддержки кровообращения выходит на одно из первых мест. Зарубежный опыт и опыт кардиохирургических центров России позволяет считать, что внедрение методов механической поддержки кровообращения улучшает лечение различных форм застойной и посткардиотомной сердечной недостаточности. (А.А. Писаревский с соавт., 1974; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, 1980; 1992; 1999; Ю.В. Носов, 1987; А.Я. Кормер, 1987; А.Р. Гутникова с соавт., 1984; А.Х. Касымов, 1983; М. DeBakey, 1971; I. Takashi с соавт., 1984; E.K. Olsen с соавт., 1982; D.G. Pennington с соавт., 1982; W.S. Pierce с соавт., 1982; D.M. Rose с соавт., 1983; K. Taguchi с соавт., 1983; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, 1985). Большим достижением, резко увеличившим возможности такого метода вспомогательного кровообращения, как обход левого желудочка сердца (ОЛЖ) явилась разработка большого количества кровяных насосов принципиально новых конструкций, таких как центрифужные Биопамп, Сарнс, (США), АВ-100 (Англия) и миниатюрные осевые Гемопамп (США), ХАРТ (Россия), которые имеют определенные, прежде всего, весогабаритные преимущества перед мембранными насосами. Внедрение в клиническую практику имплантируемых систем искусственного желудочка сердца (ИЖС) (Новакор, Харт-Мейт) позволило по-новому взглянуть на проблему безопасности и эффективности ОЛЖ. Создание имплантируемых электромеханических и электрогидравлических систем ИЖС интенсивно разрабатывается в настоящее время в США, Германии, Японии.

Клиническая практика показала, что хотя с помощью перфузионной техники, создающей непульсирующий кровоток в условиях тяжелой сердечной недостаточности, можно поддерживать гемодинамические параметры организма в физиологических пределах, наличие непосредственно в крови вращающихся элементов ведет к значительной травме форменных элементов крови. Однако выявить чистые эффекты влияния обхода на гемодинамику и сократимость миокарда в клинических условиях крайне сложно, поскольку в течение длительного времени в состоянии больного продолжает прослеживаться влияние искусственного кровообращения (ИК), стирает картину и проводимая терапия.

Поэтому эксперимент, в котором можно выделить и проследить все этапы вспомогательной перфузии, несмотря на все условности сравнения полученных при этом данных с клиническими, остается основным средством оценки влияния ОЛЖ на организм. Несмотря на широкое распространение методов вспомогательного кровообращения (ВК) в клинической практике, однако, это отнюдь не означает, что сняты все вопросы, связанные с их применением. Наоборот, многие технические и медико-биологические задачи применения методов ВК все еще находятся в стадии разработки и изучения. Кроме того, проведение методов вспомогательного кровообращения, несмотря на совершенствование технической базы, часто сопровождается развитием осложнений, в некоторых случаях не удается добиться необходимой эффективности ВК. Последние имеют особо большое значение для клинической практики, когда от эффективности обхода желудочков сердца зависит жизнь больного.

Исходя из вышеизложенного, нами были сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Цель и задачи исследования

Целью исследования является разработка методов проведения обхода левого желудочка сердца, повышающих его безопасность и эффективность.

Исходя из этого, решались следующие задачи:

1. Оптимизация подготовки экспериментальных животных для повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца;
   
2. Исследовать параметры центральной гемодинамики в условиях пульсирующего и непульсирующего режимов обхода на гидродинамическом стенде;
   
3. Исследовать возможности повышения эффективности и снижения числа осложнений непульсирующего обхода левого желудочка сердца при острой сердечной недостаточности;
   
4. Исследовать хирургические аспекты повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца;
   
5. Изучить возможность повышения эффективности обхода с помощью центрифужного насоса за счет одновременного применения методов неинвазивного вспомогательного кровообращения;
   
6. Исследовать сравнительное влияние терапии вазоактивными препаратами в зависимости от места введения на эффективность обхода левого желудочка и контрпульсации;
   
7. Исследовать возможности восстановления работы сердца при фибрилляции на фоне работы обхода левого желудочка: за счет сочетанного проведения контрпульсации легочной артерии и правостороннего обхода;
   
8. Изучить влияние имплантируемого желудочка сердца с электромеханическим приводом на показатели гемодинамики и осложнения у животных с интактным сердцем и при острой сердечной недостаточности;
   

Научная новизна работы

В настоящей работе впервые проведен детальный анализ методов, обеспечивающих безопасность проведения обхода левого желудочка сердца и повышающих его эффективность у животных с интактным сердцем, с острой сердечной недостаточностью, а также с фибрилляцией желудочков сердца.

Впервые исследовано воздействие пульсирующих и непульсирующих насосов на гемодинамические параметры подключенного бесклапанного насоса и «Пульсатора» на выход центробежного насоса на гидродинамическом стенде. Исследованы возможности восстановления сердечной деятельности при ОЛЖ, в зависимости от характера изгнания крови из насоса: показатели гемодинамики, сократимость миокарда, системный кровоток у животных с острой сердечной недостаточностью.

Разработан способ, допускающий повторное подключение ИЖС без торакотомии по схеме «левый желудочек - аорта» в хронических экспериментах без применения искусственного кровообращения. Это позволило изучить реакции организма на механическую перфузию в более физиологических условиях.

Разработано устройство для легочной контрпульсации и проведена оценка его эффективности на фоне работы ОЛЖ в условиях фибрилляции желудочков сердца.

Разработано устройство для дренирования полостей сердца, с помощью которого можно проводить введение канюли, как в полость предсердия, так и желудочка сердца без развития таких осложнений, как кровотечение и воздушная эмболия.

Разработано устройство для проведения периодической пневмокомпрессии нижних конечностей и брюшной полости и апробировано на фоне работы ОЛЖ в условиях острой сердечной недостаточности.

Разработано устройство для модифицирования непульсирующего потока в пульсирующий и проведена оценка его эффективности по параметрам гемодинамики в условиях гидродинамического стенда.

Разработан способ сочетания ОЛЖ с внутриаортальной контрпульсацией и одновременным введением лекарственного вещества в устье коронарных артерий для повышения эффективности указанных способов.

Проведены испытания имплантируемого искусственного желудочка сердца с электромеханическим приводом в эксперименте и дана оценка его безопасности и эффективности по параметрам гемодинамики в условиях интактного сердца и при острой сердечной недостаточности.

Практическая ценность работы

Показано, что вспомогательное кровообращение способом обхода левого желудочка по схеме «левое предсердие - аорта» и «левый желудочек - аорта» является эффективным методом лечения острой сердечной недостаточности. В результате сравнения по гемодинамическим параметрам двух способов подключения ИЖС было сделано заключение о большей целесообразности применения схемы «левое предсердие – аорта» для паракорпоральных систем и «левый желудочек – аорта» для имплантируемых систем ИЖС.

Обход левого желудочка сердца с помощью насосов, создающих непульсирующий кровоток в артериальной системе, широко применяется для лечения острой сердечной недостаточности (ОСН). Однако непульсирующий кровоток оказывает отрицательное влияние на миокард, повышая постнагрузку и нарушая привычную схему кровоснабжения организма в целом. Это негативно сказывается на периферическом кровообращении, что убеждает в необходимости сочетания обхода левого желудочка центрифужным насосом с другими способами, улучшающими его эффективность.

Анализ опыта применения ОЛЖ сердца позволил дать конкретные практические рекомендации по проведению всех этапов ОЛЖ в зависимости от состояния параметров гемодинамики. Разработанные в настоящей работе критерии оценки эффективности ОЛЖ позволяют выбрать оптимальную тактику проведения ОЛЖ, проверенную в эксперименте и позволяющие рекомендовать ее для клинического применения.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 38 работ, в том числе 18 в центральной печати и получено 6 авторских свидетельств.

Положения, выносимые на защиту

- Насосы центрифужного типа имеют ряд отрицательных свойств, лишающих их совершенства как устройств, предназначенных для восстановления адекватной сократительной функции миокарда. К ним относятся: отсутствие физиологической реакции на изменение разгрузки сердца (независимость производительности насоса от преднагрузки); значительная зависимость производительности от изменения давле­ния на выходе насоса; появление аорто-предсердного сброса через насос при его внезапной остановке. Превращение непульсирующего кровотока в пульсирующий устраняет большинство из этих проблем.

- Введение лекарств непосредственно в устье коронарных артерий при сочетании центрифужного насоса и ВАКП сокращает количество используемого лекарства и эффективно поддерживает показатели гемодинамики.

- Отсроченное подключение ИЖС и применение устройств для канюляции полостей сердца не только исключает необходимость применения ИК, но и сокращает время подключения магистралей ИЖС и исключается возможность возникновения кровотечений и воздушной эмболии, а также может быть использовано с целью изучения физиологии вспомогательного кровообращения в эксперименте.

- Сочетание ОЛЖ с проведением контрпульсации легочной артерии и правостороннего обхода является эффективным методом поддержания гемодинамики, как при тотальной сердечной недостаточности, так и в условиях фибрилляции сердца.

- Анализ результатов использования имплантируемого ИЖС показывает, что этот метод является весьма эффективным методом частичной замены насосной функции сердца и поддержания гемодинамики на адекватном уровне в организме экспериментального животного.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на II Симпозиуме по искусственному сердцу в Брно (1990), на Всесоюзном симпозиуме по экспериментальной хирургии сердца и сосудов в Суздале (1991), на I Всесоюзном съезде сердечно-сосудистых хирургов в Москве (1990), на XI Всесоюзной научной конференции по трансплантологии сердца, печени, почки, поджелудочной железы и других органов в Львове (1990), на II Научной конференции ассоциации сердечно-сосудистых хирургов в Киеве (1994), на I Российском конгрессе по патофизиологии в Москве (1996), на ESAO – XXV конгрессе в Болгарии (1998), на XVII съезде физиологов России в Ростове-на-Дону (1998), на I Всероссийском съезде по трансплантологии и искусственных органов в Москве (1998), на V Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов в Новосибирске (1999), на II Российском конгрессе по патофизиологии в Москве (2000), на VIII Съезде физиологов России в Казани (2001), на VII Съезде сердечно-сосудистых хирургов в Москве (2001), на VIII Симпозиуме по искусственным органам, Осака, Япония (2001), на VIII Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов в Москве (2002), на III Российском конгрессе по патофизиологии в Москве (2004), на межотделенческой конференции НИИ трансплантологии и искусственных органов Росздрава (7 июля 2005 г.).

Внедрение в практику

Основные положения настоящей диссертационной работы внедрены в отделении сердечной хирургии и вспомогательного кровообращения, в лаборатории вспомогательного кровообращения и искусственного сердца ФГУ НИИ трансплантологии и искусственных органов Росздрава и в отделении реабилитации ФГУ Российского научного центра рентгенорадиологии Росздрава. Полученные результаты могут быть использованы в других кардиохирургических центрах.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 238 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, семи глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 240 источников. Работа иллюстрирована 35 таблицами и 79 рисунками.


Материалы и методы исследования

В настоящей работе исследования проводились на 60 телятах черно-пестрой породы, в возрасте 2-3 месяцев, живой массой 75 – 95 кг и 90 беспородных собаках обоего пола, живой массой 18 – 25 кг, а так же 60 экспериментов на гидродинамическом стенде. Характер экспериментов и их количество представлены в таблице 1.

Адаптация телят в условиях вивария в среднем составляла 7 – 14 дней до начала экспериментов. Подготовку экспериментов у собак проводили по методике, принятой ФГУ НИИТ и ИО Росздрава. Методика проведения анестезии у телят имеет свои анатомо-физиологические особенности.

Таблица 1

№ п.п.	Характер экспериментов	Вид и количество экспериментальных животных
		телята	собаки
1	Пульсатор для повышения эффективности непульсирующего обхода левого желудочка сердца на фоне острой сердечной недостаточности	-	15
2	Пневмокомпрессия нижних конечностей для повышения эффективности ОЛЖ на фоне острой сердечной недостаточности	-	10
3	Электромиостимуляция бедер и брюшной стенки для повышения эффективности ОЛЖ на фоне острой сердечной недостаточности	-	10
4	Обход левого желудочка и абдоминальная компрессия на фоне острой сердечной недостаточности	-	15
5	Влияние способов подключения насоса к сердечно-сосудистой системе на эффективность ВК	-	20
6	Отсроченное подключение ИЖС	7	-
7	Применение устройств для канюляции полостей сердца	10	-
8	Рациональная тактика и методология применения вазоактивных препаратов для повышения эффективности ОЛЖ и КП	6	20
9	ОЛЖ и контрпульсация легочной артерии при ФЖС	10	-
10	БВО для восстановления сердечной деятельности при ФЖС	10	-
11	Эффективность и безопасность при применении имплантируемого ИЖС с электромеханическим приводом	17	-

После предварительной подготовки животные (телята) в течение суток не получали кормов и за 12 часов воду. Премедикация осуществлялась внутримышечным введением рампуна (обладающего седативным, обезболи­вающим, миорелаксирующим действием) из расчета 0,01 мг/кг 2 % и 0,02 мг/кг 0,1 % раствора атропина. После наступления релаксации, необхо­димой для интубации животного (теленок ложился) при сохранении корнеальных рефлексов на фоне самостоятельного дыхания животное интубировали по методу Селтика и проводили искусственную вентиляцию легких (ИВЛ) респи­ратором РО - 6 с частотой 18 - 20 в минуту, с дыхательным объемом 12-15 мл/кг массы, давление на вдохе не более 20 см вод.ст. Основной наркоз прово­дили фторотаном 0,5 - 1,0 об.% с кислородом (40-60 %). Глубину анестезии оценивали по корнеальным рефлексам, размерам зрачка, частоте сердечных со­кращений и уровню артериального давления. В ходе операции вводили миорелаксанты короткого действия (дитилин) в однократной дозе не более 200 мг на всю операцию. Профилактика нарушения ритма осуществлялась за счет углуб­ленной анестезии с одномоментным внутривенным введением лидокаина в дозе 80 - 160 мг (1 - 2 мг на 1 кг веса). По показаниям лидокаин вводился внутри­венно капельно на поляризионной смеси (200 мг лидокаина на 200 мг по­ляризующей смеси).

Острая сердечная недостаточность вызывалась перевязкой ветвей левой коро­нарной артерии в средней трети (М.С. Бердичевский, 1978, И.Е. Ганелина с соавт., 1970, К.Л. Мелузов, 1979). После первой перевязки у животных отмечалось постепенное снижение артериального давления (АД) с 110 - 120 до 63 - 70 мм рт.ст. Необходимыми критериями сердечной недостаточности является:

1. неадекватный сердечный выброс и гипотония (АД < 90 мм рт.ст.)
   
2. неадекватное опорожнение полостей сердца
   
3. ухудшение расслабления сердца в диастолу
   
4. расширение сердечных камер
   
5. недостаточная перфузия тканей
   

Для подключения ИЖС выполнялась левосторонняя торакотомия в четвертом межреберье с резекцией нижележащего ребра. На аорту подшивали сосудистый протез диаметром 12 – 14 см по типу «конец в бок». Левосторонний и бивентрикулярный обходы проводились методами, принятыми в институте трансплантологии и искусственных органов.

Для проведения настоящей работы использовался гидродинамический стенд, имитирующий большой круг кровообращения. Характер экспериментов и их количество представлено в таблице 2.

Таблица 2

№ п.п.	Характер экспериментов	Количество наблюдений
1	Исследование влияния на гемодинамические параметры подключенного бесклапанного желудочка на выход центрифужного насоса	15
2	Исследование влияния на гемодинамические параметры подключенного бесклапанного желудочка на вход центрифужного насоса	15
3	Исследование влияния на гемодинамические параметры подключения «пульсатора» на выход центрифужного насоса	15
4	Исследование влияния на гемодинамические параметры подключения «пульсатора» на вход центрифужного насоса	15

Для измерения давления на выходе и входе центрифужного насоса использовался датчик Statham р-50 с преобразователем аппарата «Mingograf-81» фирмы «Elema», Шве­ция. Расход жидкости определялся с помощью поплавкового ротаметра. В ка­честве центробежного насоса использовался насос ВР-80 с блоком привода и управления Biomedicus (фирма Medtronic, США). В качестве привода бесклапанного насоса нашей конструкции использовался пневмопривод «Синус-ИС». Для анализа гидродинамических особенностей взаимодействия двух потоков - непульсирующего, создаваемого центробежным насосом, и пульсирующего, создаваемого бесклапанным насосом «Пульсатором», исследования проводились при различных схемах подключения. Для проведения ВАКП в эксперименте использовали насосы баллончики фирмы «Datascop», США и системы управления «Datascop-92». В качестве управляющих устройств для проведения пульсирующего ОЛЖ использовали аппарат «Синус–ВК», созданный на Московском заводе электромеханической аппаратуры. Учитывая анатомо-физиологические особенности телят при регистрации ЭКГ в пред- и послеоперационном периоде вместо игольчатых электродов использовали пояс-электрод, который фиксировали на грудной клетке теленка в области сердца. Для проведения мышечной электростимуляции в эксперименте использовали миостимулятор «Миоритм – 02», а так же игольчатые электроды длиной 12-14 см. Кровоток определяли с помощью электромагнитного флоуметра фирмы «Nihon Konden», Япония, запись давления и кровотока производили с помощью аппарата «Mingograf - 81» фирмы «Elema».

Результаты исследования