Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1. Обход левого желудочка с помощью паракорпоральных и интракорпоральных систем 16
1.2. Анализ физиологических механизмов, связанных с применением методов вспомогательного кровообращения 21
1.3. Факторы, влияющие на эффективность обхода левого желудочка сердца 28
1.4. Характер потока крови и его влияние на гемодинамику при обходе левого желудочка сердца 31
Глава 2. Материалы и методы исследования 41
2.1. Выбор животных 41
2.2. Методика проведения анестезии у телят 45
2.3. Гидродинамический стенд, имитирующий большой и малый круг кровообращения 46
2.4. Используемые аппараты и насосы 50
2.5. Методика подключения насосов крови 64
2.6. Методика бивентрикулярного обхода с помощью ИЖС 67
2.7. Методика проведения контрпульсации легочной артерии 69
2.8. Методика отсроченного подключения ИЖС 70
2.9. Методика для канюлирования полостей сердца 71
2.10. Методика проведения пневмокомпрессии нижних конечностей 74
2.11. Методика проведения электромиостимуляции бедер и брюшной стенки 75
2.12. Методика проведения абдоминальной компрессии 76
2.13. Методика проведения внутриаортальной контрпульсации в сочетании с ЦН 77
2.14. Методы исследования параметров гемодинамики 78
2.15. Статистическая обработка данных 81
Глава 3. Роль подготовки экспериментальных животных (телят) для повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца 83
Глава 4. Исследование взаимодействия пульсирующего и непульсирующего насосов на гидродинамическом стенде 94
4.1. Исследование сочетанной работы ЦН и бесклапанного желудочка 94
4.2. Исследование влияния на гемодинамические параметры подключения «Пульсатора» на вход и выход центробежного насоса 99
Глава 5. Повышение эффективности непульсирующего обхода левого желудочка сердца 104
5.1. «Пульсатор» для повышения эффективности непульсирующего обхода левого желудочка сердца на фоне острой сердечной недостаточности 104
5.2. Пневмокомпрессия нижних конечностей для повышения эффективности непульсирующего обхода левого желудочка сердца на фоне сердечной недостаточности 113
5.3. Электромиостимуляция голеней, бедер и брюшной стенки для повышения эффективности непульсирующего обхода левого желудочка на фоне острой сердечной недостаточности 120
5.4. Непульсирующий обход левого желудочка сердца и абдоми-нальная компрессия на фоне острой сердечной недостаточности 132
5.5. Оптимизация направленного транспорта лекарств к миокарду для повышения эффективности обхода и внутриаортальной контрпульсации 140
Глава 6. Хирургические аспекты повышения эффективности и безопасности обхода левого желудочка сердца 145
6.1. Влияние способов подключения центрифужного насоса к сердечнососудистой системе на эффективность вспомогательного кровообращения методом обхода левого желудочка сердца 146
6.2. Отсроченное подключение искусственного желудочка сердца и применение устройств для канюляции полостей сердца 153
Глава 7. Возможности восстановления сердечной деятельности при фибрилляции желудочков сердца на фоне обхода левого желудочка сердца с помощью мембранных насосов 158
7.1. Обход левого желудочка в условиях фибрилляции желудочков сердца 158
7.2. Обход левого желудочка и контрпульсация легочной артерии при фибрилляции желудочков сердца 162
7.3. Бивентрикулярный обход для восстановления сердечной деятельности при фибрилляции желудочков сердца 165
Глава 8. Эффективность и безопасность при применении имплантируемого обхода левого желудочка сердца с электромеханическим приводом.. 170
8.1. Влияние экстракорпорального имплантируемого искусственного желудочка сердца с электромеханическим приводом на показатели гемодинамики 171
8.2. Влияние интракорпорального ИИЖС на показатели гемодинамики 174
8.3. Осложнения и морфология жизненно важных органов при ИИЖС с электромеханическим приводом 180
Заключение 187
Выводы 208
Практические рекомендации 211
Список литературы 213
- Анализ физиологических механизмов, связанных с применением методов вспомогательного кровообращения
- Гидродинамический стенд, имитирующий большой и малый круг кровообращения
- Роль подготовки экспериментальных животных (телят) для повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца
- Исследование влияния на гемодинамические параметры подключения «Пульсатора» на вход и выход центробежного насоса
Введение к работе
Актуальность проблемы
Вспомогательное кровообращение чрезвычайно перспективное направление в клинической и экспериментальной кардиохирургии. Основной задачей методов вспомогательного кровообращения (ВК) является борьба с опасными для жизни последствиями нарушения насосной функции сердца (В.И. Бураковский с соавт. (1980); В.А. Бухарин с соавт. (1981, 1982); B.C. Дубровский с соавт. (1982); В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин (1980); J.F. Kampine (1981); H.L. Lazar с соавт. (1981); G.V. Parr с соавт. (1981); Н. Suga с соавт. (1983)).
В настоящее время методы вспомогательного кровообращения широко используются в клинической практике при осложненных формах инфаркта миокарда, при сердечной недостаточности, возникающей после операций с применением искусственного кровообращения, при нестабильной стенокардии (А.А. ГТисаревский 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); Е.К. Olsen с соавт. (19820; D.G. Pennington с соавт. (1982); W.S. Pierce с соавт. (1982); D.M. Rose с соавт. (1983); К. Taguchi с соавт. (1983); В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин (1985)).
Широкому внедрению методов ВК в практику клиницистов предшествовали фундаментальные исследования центральной гемодинамики и сократительной функции миокарда, травмы крови, изменений концентрации катехоламинов и других биологически активных веществ. Немаловажными были и разработки технической базы вспомогательного кровообращения, позволившие создать образцы искусственных желудочков сердца, насосов-баллончиков, различные варианты приводов и систем управления (Б.А. Константинов (1978); В.И. Шумаков., В.Е. Толпекин (1980);
B.C. Работников (1983); Б.В. Шабалкин (1983); Б.В. Петровский, В.И. Шумаков (1980); В.И. Бураковский, В.Г. Барвынь (1980); О. Frazier (1995, 1998)).
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 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. Достаточно успешно ведутся исследования по созданию этих систем у нас в институте совместно с МАИ и Владимирским государственным университетом.
Тем не менее, продолжается поиск более эффективных и безопасных способов проведения ОЛЖ. Уточняются показания к его применению, изучаются возможности комбинации различных методов ВК, повышающих эффективности ОЛЖ, изучается влияние этих комбинаций обхода на кардио-и гемодинамику, органный кровоток, различные аспекты метаболизма и т.д. (В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, 1992; Д.В. Шумаков, 2000; Н.Б. Киласев, 1996; И.Н. Бондарь, 2002). Сегодня оценка переносимости перфузии с непульсирующим режимом кровотока становится весьма актуальной в связи с предложениями использовать насосы роторного типа взамен мембранных. Несмотря на большое количество работ, посвященных влиянию искусственной депульсации на системное и органное кровообращение, единой точки зрения о значении этого феномена до настоящего времени не
выработано. Большинство этих исследований выполнены в условиях искусственного кровообращения. Поэтому исследование в сравнительном аспекте влияния пульсирующего и непульсирующего режима перфузии на гемодинамику организма продолжается оставаться актуальным (5, 6, 7, 48, 49, 121, 141). 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. Последнее обстоятельство, даже при использовании активной антикоагуляционной терапии и при применении оптимизированных конструкций насосных устройств, позволяет в настоящее время только в единичных случаях применять на длительное время эти устройства для имплантации. С физиологической точки зрения наличие пульсовых колебаний в магистральных сосудах является необходимым условием нормальной регуляции центральной гемодинамики организма (В.И Шумаков, 1990; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин с соавт., 1995; Ю.М. Киселев, 1997; Н.Б. Киласев, 1996; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, Д.В. Шумаков, 2003; О. Fey с соавт., 1997; MJ. Кгеп с соавт., 1993).
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 впомогательной 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 механической поддержки кровообращения (МПК) 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 МПК. 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:
Оптимизация подготовки экспериментальных животных для повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца;
Исследовать параметры центральной гемодинамики в условиях пульсирующего и непульсирующего режимов обхода на гидродинамическом стенде;
Исследовать возможности повышения эффективности и снижения числа осложнений непульсирующего обхода левого желудочка сердца при острой сердечной недостаточности;
Исследовать хирургические аспекты повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца;
Изучить возможность повышения эффективности обхода с помощью центрифужного насоса за счет одновременного применения методов неинвазивного вспомогательного кровообращения;
Исследовать сравнительное влияние терапии вазоактивными препаратами в зависимости от места введения на эффективность обхода левого желудочка и контрпульсации;
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, повышающих безопасность проведения обхода левого желудочка сердца и его эффективности у животных с интактным сердцем, острой сердечной недостаточностью, а также фибрилляцией желудочков сердца.
Впервые исследовано воздействие пульсирующих и непульсирующих насосов на гемодинамические параметры подключенного бесклапанного насоса и «Пульсатора» на вход и 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 (авт. свидетельство № 1228827,1986).
Разработано устройство для легочной контрпульсации и проведена оценка его эффективности на фоне работы ОЛЖ в условиях фибрилляции желудочков сердца (авт. свидетельство № 1391640,1988).
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 (авт. свидетельство № 1811834,1992).
Разработано устройство для модифицирования непульсирующего потока в пульсирующий. Проведена оценка его эффективности по параметрам гемодинамики в условиях гидродинамического стенда (Патент на изобретение № 008827,2004).
Разработан способ сочетания ОЛЖ с внутриаортальной контрпульсацией и одновременным введением лекарственного вещества в устье коронарных артерий для повышения эффективности указанных способов (Патент на изобретение № 2200481, 2003).
Проведены испытания имплантируемого искусственного желудочка сердца с электромеханическим приводом в эксперименте. 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 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.
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 устранит большинство из этих проблем.
Введение лекарств непосредственно в устье коронарных артерий при сочетании ЦН 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 они применяются 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.
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.
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 сердечнососудистых 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.).
Анализ физиологических механизмов, связанных с применением методов вспомогательного кровообращения
В настоящее время известно два основных принципа проведения МПК. Методы, основанные на эффекте контрпульсации и методы обхода желудочков сердца.
Физиологическая сущность методов контропульсации заключается в уменьшении систолического давления в левом или правом желудочке сердца за счет функционирования механического устройства, способного за счет аспирации крови насосом в предсистолу снизить конечно-диастолическое давление в аорте или легочной артерии. Во время диастолы сердца за счет изгнания аспирированной крови насосом повышается диастолическое артериальное давление, повышается коронарный перфузионный градиент, что способствует увеличению коронарного кровотока (КК) (Н. Soroffc соавт., 1964; A. Kantrowitz, 1969; S. Nanas с соавт., 1997; В.И. Шумаков с соавт., 1969; М.Я. Руда, 1966; В.И. Бураковский с соавт., 1970; А. Касымов, 1980; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, 1980).
Особенности снабжения кровью состоят в том, что миокард функционирует непрерывно и не выносит длительной кислородной задолженности и что иерархически он более необходим организму, чем любая другая ткань организма. На рис. 1 представлено соотношение между артериальным давлением и фазным кровоснабжением левого и правого желудочков на протяжении всего сердечного цикла. Снабжение кровью правого желудочка во время систолы может быть не меньше или даже больше, чем во время диастолы просто потому, что увеличение давления в аорте может полностью преодолеть относительно умеренное повышение интрамурального давления в правом желудочке. В среднем, во время систолы левый желудочек получает только 20-30% от количества крови, поступающей из коронарных сосудов во время диастолы, а часто и еще меньше, если сердечная деятельность становится более интенсивной. Сосуды сегмента левого желудочка, кровоснабжение которого осуществляется стенозированной ветвью коронарной артерии, не способны обеспечить адекватный объем кровотока. В результате за пределами патологического препятствия создается область низкого давления, а сами коронарные сосуды могут оказаться совершенно не проходимыми во время систолы, и этот сегмент окажется, таким образом, в еще большей зависимости от кровотока во время диастолы, чем нормально перфузируемый миокард.
Как показали результаты работ многочисленных авторов (G. Li Bin с соавт., 1981; D. Olsen, 1980; R.S Litwak с соавт., 1980; К. Taguchi с соавт., 1980; J.C. Norman с соавт., 1980; Е.К. Olsen с соавт., 1982; Р.Е. Oyer с соавт., 1983; В.И. Шумаков, В.Е. Толпекин, 1980; В.П. Осипов с соавт., 1981; Л.С. Локшин с соавт., 1982) методы ВК при правильном их применении могут быть эффективным средством борьбы с сердечной недостаточностью. Для правильного понимания физиологических механизмов связанных с оценкой эффективности двух главных вариантов метода ВК - контрпульсации (КП) и обход сердца мы сочли необходимым кратко представить оценки работы сердца и его разгрузки. Работа сердца складывается из внешней и внутренней. Внешнюю работу, или энергию, которую сокращающиеся желудочки сообщают перемещаемому объему крови, можно подсчитать по формуле: где Q - ударный выброс; Р - среднее систолическое давление в левом желудочке; m - масса сердечного выброса; V - линейная скорость кровотока на выходе из сердца. Вторая часть приведенной формулы выражает кинетическую работу, необходимую для сообщения ускорения массе крови, изгоняемой из желудочка. Внутреннюю работу, затрачиваемую на сокращение миофибрилл, не учитывают в приведенном выше выражении. Это формула отражает два важнейших гемодинамических параметра, определяющих насосную функцию сердца - величину аортального сопротивления и величину притока ,- mxV2 венозной крови к сердцу. Если пренебречь величиной , которая составляет менее 5% от общей внешней работы, то можно считать, что основную часть механической работы сердца выполняют силы активного внутристенного напряжения миокарда желудочка и пассивные силы, связанные с растяжением его стенок притекающей венозной кровью. В современной литературе, посвященной изучению ВК, эти силы обозначаются: постнагрузка и преднагрузка. Следует отметить, что в отечественной литературе этим терминам близки по значению такие понятия, как «нагрузка сопротивлением», «нагрузка объемом» (В.В. Парин, Ф.З. Меерсон, 1965). Очевидно, что механическую работу сердца можно уменьшить, снижая сопротивление выбросу крови из желудочка, т.е. постнагрузку, отчего зависит (Р - артериальное давление) или уменьшая объем наполнения желудочка кровью (Q - объем), т.е. преднагрузку. Представление о двух видах разгрузки сердца от работы по сопротивлению, т.е. путем уменьшения постнагрузки или по объему (в результате преднагрузки) лежат в основе всех современных методов ВК (D.E. Harken 1958; P.M. Galletti 1959; G. Dennis с соавт., 1962). Внешняя работа может быть количественно оценена величиной площади под кривой, которая отражает связь между изменением давления и объема в камере желудочка сердца (Рис. 2 А). Изменения зависимости давление - объем под влиянием КП и обхода сердца представлены на (Рис. 2 Б, В). Следует исходить из двух основных возможностей разгрузки сердца от механической работы. Рациональность подобного подхода обоснована тремя причинами: 1) различиями технических устройств, реализующих основные принципы ВК; 2) различием их физиологического воздействия на миокард и целостный организм; 3) неодинаковым лечебным эффектом основных методов КП и обхода сердца при острой сердечной недостаточности. Одно и то же по величине уменьшение преднагрузки или постнагрузки может привести к нарушению ожидаемого соответствия между работой сердца и интенсивностью энергетического обмена, оцениваемого по показателю потребления кислорода миокардом. Это привело некоторых авторов (В.И. Шумаков с соавт., 1978; J. Vasku с соавт., 1971) к мысли проводить ВК с использованием методик, реализующих оба принципа разгрузки сердца от работы. Подобный подход позволяет сочетать благоприятный эффект КП на метаболизм миокарда и потребление кислорода с воздействием обхода сердца активно увеличивающего объем кровообращения. Отношение напряжения миокарда к потреблению кислорода является показателем внутренней эффективности сердца (В.В. Марген, Ф.З. Меерсон 1965). В настоящее время отсутствуют методы оценки суммарного напряжения, развиваемого миокардом в период систолы, поэтому широкое распространение в практике получили косвенные оценки напряжения. Среди них наиболее распространён индекс «напряжение - время» TTI, равный интегралу давления в полости левого желудочка сердца за период изгнания крови (Рис. 3.).
Гидродинамический стенд, имитирующий большой и малый круг кровообращения
Методика проведения анестезии у телят имеет свои анатомо-физиологические особенности. 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. Рампун является препаратом выбора для проведения премедикации и анестезии у крупных животных. Превышение допустимых доз, указанных выше, вызывает в послеоперационном периоде угнетение дыхания и отрицательно влияет на гемодинамику. 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 ПО - 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 Все исследования проведены на специально разработанном гидродинамическом стенде, имитирующем большой и малый круг кровообращения (рис. 6). Для проведения настоящей работы использовался только имитатор большого круга кровообращения. Различные варианты, схемы подключения центробежного насоса (СН) и бесклапанного насоса (БН) показаны на рис. 7. Для измерения давления на выходе и входе ЦН 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 безклапанного насоса нашей конструкции использовался пневмопривод Синус - ИС. Для анализа гидродинамических особенностей взаимодействия двух потоков - непульсирующего, создаваемого центробежным насосом, и пульсирующего, создаваемого безклапанным насосом «Пульсатором», исследования проводились при различных схемах подключения. Использовали гидродинамический стенд, который представлен на рис. 9. Гидродинамический стенд состоит из 2-х резервуаров, имитирующих артериальный и венозный отделы системы кровообращения. Артериальный резервуар имеет регулируемую воздушную подушку, моделирующую его эластичность. С помощью гидравлического сопротивления на выходе артериального резервуара можно моделировать гидравлическую нагрузку на входе насоса. В отличие от артериального резервуара, венозный резервуар открыт в атмосферу, и уровень венозного давления определяется высотой водяного столба жидкости. Соответственно ёмкость венозного резервуара в 6 раз превышает ёмкость артериального резервуара. Стенд дополнительно снабжен также ротаметром, установленным между артериальным (после гидравлического сопротивления) и венозным резервуаром. Артериальное и венозное давления измеряются с помощью электроманометров (Statham Р-50, США) на выходе и входе испытуемого насоса. Рис. 10. Центрифужный насос «Биопамп». Для проведения левожелудочкового обхода (ЛЖО) с непульсирующим режимом тока крови применяли центрифужный насос «Биопамп», представленный нарис. 10.
Роль подготовки экспериментальных животных (телят) для повышения безопасности и эффективности обхода левого желудочка сердца
Специфика работы устройств вспомогательного кровообращения (ВК) и искусственного сердца (ИС) требует выбора биологической модели более близкой к человеку. В этом плане вполне подходящим объектом являются телята, поскольку их анатомические и биологические особенности позволяют легко переносить результаты экспериментальных исследований в клиническую практику.
Спокойное поведение телят в клетке, в отличие от собак, позволяет в течение длительного времени наблюдать за ними и проводить необходимые исследования. Отбор телят для проведения экспериментов по имплантации систем ВК проводили в животноводческих хозяйствах, благополучных по инфекционным заболеваниям. Отбирали клинически здоровых телят, с крепкой конституцией и хорошей упитанностью. Важным критерием при отборе телят являлись живая масса (ЖМ) и обхват грудной клетки (ОГК). Оптимальными параметрами считаются: возраст 2,5-3 месяца, ОГК = 98-106 см и ЖМ = 75-95 кг. Доставку телят в виварий НИИТ и ИО производили автотранспортом, с предварительной антистрессовой терапией (0,3 мг Рампуна и 0,3 мг атропин сульфата). В виварии животные содержались в индивидуальных клетках (4 м ) с отдельными кормушками и поилками до операции имплантации систем ВК. Адаптация телят в условиях вивария в среднем составляла 7-14 суток, этого периода достаточно для привыкания к новому рациону питания, новой обстановке, проведения различных обследований.
Рацион для животных (таблица 6) составлялся из расчета суточной потребности в кормах, минеральных добавках и витаминах. Данный рацион специально разработан сотрудниками вивария нашего института для кормления и содержания телят.
В настоящей работе обобщены исследования, по оптимизации содержания 120 телят (бычков) черно-пестрой породы. Перед началом имплантации систем ВК в течение 3-5 дней телят приучали к послеоперационной жизни: телята находились в послеоперационной клетке, в течение 1-1,5 часов в день ходили по тредбану и привыкали к новой окружающей среде. У телят ежедневно производили исследования параметров внешнего дыхания (частота дыхания, дыхательный объем, потребление кислорода, минутный объем дыхания), регистрировали ЭКГ, измеряли артериальное давление, определяли минутный объем крови, ударный объем. Кроме того, из яремной вены и сонной артерии брали кровь для анализа кислотно-щелочного баланса и газов крови.
Исследование параметров внешнего дыхания проводили на спирографе СГ-1М, который предназначен для общей и раздельной спирографии -регистрации дыхательных объемов легких. Оценку спирограммы и расчет основного объема производили следующими способами: - частоту дыхания (ЧД) определяли, подсчитывая число вдохов и выдохов в минуту; - дыхательный объем (ДО) определяли, замеряя амплитуду записи в миллиметрах и, умножая полученные данные на 20 (в данном приборе 1 см перемещения колокола спирометра соответствует 200 мл); - потребление кислорода (РОг) определяли по наклону спирограммы, замеряя высоту наклона в миллиметрах, деля эту величину на количество минут, соответствующих продолжительности записи дыхания (между принятыми для замера точками) и умножая на 20 мл; - количество воздуха, вдыхаемого в минуту или минутный объем дыхания, равен дыхательному объему, умноженному на число дыханий в 1 минуту. Для исследования резервных возможностей дыхательной системы и обеспечения полноценной ингаляционной терапии кислородом в послеоперационном периоде был применен разработанный нами метод усиления дыхательных экскурсий легких за счет увеличения дыхательного объема и минутного объема дыхания. Метод осуществляли следующим образом: на морду теленка надевали специальную герметичную маску, изготовленную из силикона. К ней присоединяется гофрированный резиновый шланг длиной 100 см, с внутренним диаметром 20 мм с датчиком «Спирографа». При этом величина дополнительного мертвого пространства складывалась из объемов маски и гофрированного шланга и составляла примерно 350 мл. При дыхании через дополнительное мертвое пространство во вдыхаемом воздухе повышается содержание СОг, что приводит к значительному увеличению параметров внешнего дыхания. Включение в дыхательный акт больших мышечных массивов грудной клетки является важным тренирующим моментом, кроме того, становится возможным проведение полноценной ингаляционной терапии кислородом. За рассматриваемый период времени 1989 - 2004 гг. успехи имплантации разных систем вспомогательного кровообращения, проводимых лабораторией вспомогательного кровообращения и искусственного сердца и лабораторией подготовки и проведения экспериментальных исследований НИИТ и ИО МЗ РФ, позволили добиться длительного выживания экспериментальных животных. В то же время, несмотря на отработанность методики имплантации систем ВК, встречается еще ряд трудностей. К ним относятся развитие артериальной гипоксемии, связанной с особенностями строения легких у телят. Профилактика легочных осложнений до, во время и после операций при имплантации систем ВК остается одной из проблем. Пусковым механизмом нарушений газообмена во время операции является комплекс патофизиологических процессов, возникающих в результате искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и имплантации систем ВК (ателектазы, накопление внесосудистой жидкости в легких, увеличение внутрилегочного шунтирования крови, пневмония) (Дементьева И.И. с соавт., 2004; Кассиль В.Л. с соавт., 2004; Barnas G.M. et al., 1994; Griese M. 1999) Учитывая выше сказанное, нами проведена оценка функционального состояния организма телят в дооперационный период. Для этого в первую очередь исследовали показатели внешнего дыхания, которые представлены в таблице 7.
Исследование влияния на гемодинамические параметры подключения «Пульсатора» на вход и выход центробежного насоса
В данную группу вошли результаты 15 гидродинамических исследований. Была выполнена имитация обхода центрифужным насосом (по схеме «левое предсердие - аорта») и подключение «Пульсатора» на выход ЦН. При работе центрифужного насоса без подключения «Пульсатора» артериальное давление составило 80,1±2,4 мм рт.ст., а давление в левом предсердие составило 5,7±0,9 мм рт.ст., при этом расход жидкости составил 5 л/мин. Однако, на фоне работы центрифужного насоса при подключении «Пульсатора» на выход ЦН артериальное давление увеличилось до 112,9±3,4 мм рт.ст., а левопредсердное давление составило 4,1±0,3 мм рт.ст. Расход жидкости остался на том же уровне - 5 л/мин. Примечание: Достоверное различие по сравнению во время работы ЦН и подключённого «Пульсатора» на выход ЦН - - р 0,05. В исследование влияния на гемодинамические параметры подключенного «Пульсатора» на вход центрифужного насоса вошли результаты 15 гидродинамических исследований. Была выполнена имитация обхода центрифужным насосом (по схеме «левое предсердие - аорта») и подключение «Пульсатора» на вход ЦН. При работе центрифужного насоса без подключения «Пульсатора» артериальное давление составило 80,1±2,4 мм рт.ст., а давление в левом предсердие составило 5,7±0,9 мм рт.ст., при этом расход жидкости составил 5 л/мин.
Однако, на фоне работы центрифужного насоса при подключении «Пульсатора» на вход ЦН артериальное давление увеличилось незначительно до 91,4±1,7 мм рт.ст., а давление в левом предсердии составило 5,0±0,6 мм рт.ст. Расход жидкости остался на том же уровне - 5 л/мин. На рис. 48. представлены кривые давления на входе ЦН при подключении «Пульсатора» в соответствующие позиции. Таким образом, проведенные гидродинамические исследования показывают, что при работе центрифужного насоса с подключенным «Пульсатором» на входе ЦН, показатели гемодинамики изменяются незначительно, а при подключении «Пульсатора» на выход центрифужного насоса показатели гемодинамики меняются более значительно. Таким образом, анализ гемодинамических показателей, полученных на гидродинамическом стенде показывает, что включение насоса контрпульсатора на выходе ЦН вызывает большую пульсацию, чем на входе центробежного насоса. Практически не отмечено достоверного различия, полученных данных на выходе и входе центробежного насоса при использовании «Пульсатора». Анализ полученных кривых показывает, что включение «Пульсатора» на выход центробежного насоса вызывает большую регулируемую пульсацию, чем на входе насоса. Это дает основание считать данную схему подключения оптимальной. Таким образом, разработанный нами «Пульсатор» эффективно модифицирует непульсирующий кровоток в пульсирующий, при этом не требуется применение дополнительного привода, что значительно упрощает работу по сравнению с использованием насоса контрпульсатора. Несмотря на исследования, подтвердившие хорошую переносимость организмом депульсации кровотока при работе центрифужных насосов, тезис о преимуществах пульсирующего кровотока остается непоколебимым (81,83,84). Исходя из полученных результатов в ходе испытаний, проведенных на гидродинамическом стенде (см. главу III) и не получив достоверно значимых изменений показателей гемодинамики при использовании «Пульсатора» в сравнении с изменением гемодинамики при применении бесклапанного насоса контрпульсатора, дает нам основания в этой главе не использовать насос контрпульсатор.
Учитывая это, нами проведены экспериментальные исследования гемодинамической эффективности сочетания обхода левого желудочка центрифужным насосом с Пульсатором (П), в условиях экспериментально вызванной острой сердечной недостаточности. В данной группе изучены результаты 15 экспериментов на собаках. Центрифужный насос включался в работу, когда перевязка ветвей левой нисходящей коронарной артерии приводила к снижению систолического артериального давления по отношению к исходному уровню со 136,4 ± 4,1 мм рт.ст. до 81,4 ± 2,7 мм рт.ст. Снижение систолического давления в аорте сопровождалось снижением среднего аортального давления с 108,6 ± 3,4 мм рт.ст. до 71,4 ± 2,4 мм рт.ст. С началом проведения обхода левого желудочка с помощью центрифужного насоса пульсовые колебания в аорте исчезли, отмечалось повышение среднего давления в аорте с 71,4 ± 2,4 мм рт.ст. до 82,3 ± 1,9 мм рт.ст. (р 0,05). Остальные параметры приведены в таблице 18.
