Je li moguće čovjeku staviti umjetna pluća. Fizičari stvaraju vanjska umjetna pluća za novorođenčad

Sadržaj

Ako je disanje poremećeno, pacijent se umjetno ili mehanički ventilira. Koristi se za održavanje života kada pacijent ne može samostalno disati ili kada leži na operacijskom stolu pod anestezijom koja uzrokuje nedostatak kisika. Postoji nekoliko vrsta mehaničke ventilacije - od jednostavne ručne do hardverske. Gotovo svatko može podnijeti prvi, drugi zahtijeva razumijevanje uređaja i pravila za korištenje medicinske opreme.

Što je umjetna ventilacija pluća

U medicini se pod mehaničkom ventilacijom podrazumijeva umjetno upuhivanje zraka u pluća kako bi se osigurala izmjena plinova između okoliš i alveole. Umjetna ventilacija može se koristiti kao mjera oživljavanja kada osoba ima ozbiljne poremećaje spontanog disanja ili kao sredstvo za zaštitu od nedostatka kisika. Potonji uvjet javlja se tijekom anestezije ili bolesti spontane prirode.

Oblici umjetne ventilacije su hardverski i izravni. Prvi koristi plinsku smjesu za disanje, koju stroj upumpava u pluća kroz endotrahealnu cijev. Izravno podrazumijeva ritmičko stezanje i otpuštanje pluća kako bi se osigurao pasivni udisaj-izdisaj bez upotrebe uređaja. Ako se primijeni "električna pluća", mišići se stimuliraju impulsom.

Indikacije za IVL

Za umjetnu ventilaciju i održavanje normalno funkcioniranje pluća postoje indikacije:

• iznenadni prekid cirkulacije krvi;
• mehanička asfiksija daha;
• ozljeda prsa, mozak;
• akutno trovanje;
• oštro smanjenje krvnog tlaka;
• kardiogeni šok;
• napad astme.

Nakon operacije

Endotrahealni tubus ventilatora uvodi se u pluća pacijenta u operacijskoj sali ili nakon isporuke iz nje u jedinicu intenzivnog liječenja ili odjel za praćenje stanja bolesnika nakon anestezije. Ciljevi i ciljevi potrebe mehaničke ventilacije nakon operacije su:

• isključenje iskašljavanja sputuma i sekreta iz pluća, što smanjuje učestalost zaraznih komplikacija;
• smanjenje potrebe za potporom kardiovaskularnog sustava, smanjenje rizika od tromboze donjih dubokih vena;
• stvaranje uvjeta za hranjenje kroz sondu kako bi se smanjila učestalost gastrointestinalnih poremećaja i vratila normalna peristaltika;
• smanjenje negativnog učinka na skeletne mišiće nakon produljenog djelovanja anestetika;
• brza normalizacija mentalnih funkcija, normalizacija stanja spavanja i budnosti.

S upalom pluća

Ako pacijent razvije tešku upalu pluća, to brzo dovodi do razvoja akutnog respiratornog zatajenja. Indikacije za primjenu umjetne ventilacije u ovoj bolesti su:

• poremećaji svijesti i psihe;
• snižavanje krvnog tlaka na kritičnu razinu;
• isprekidano disanje više od 40 puta u minuti.

Provodi se umjetna ventilacija rani stadiji napredovanje bolesti kako bi se povećala radna učinkovitost i smanjio rizik smrti. IVL traje 10-14 dana, 3-4 sata nakon umetanja tubusa radi se traheostoma. Ako je pneumonija masivna, provodi se s pozitivnim tlakom na kraju izdisaja (PEEP) radi bolje distribucije pluća i smanjenog venskog ranžiranja. Uz intervenciju mehaničke ventilacije provodi se intenzivna antibiotska terapija.

S moždanim udarom

Priključak mehaničke ventilacije u liječenju moždanog udara smatra se rehabilitacijskom mjerom za bolesnika i propisuje se za indikacije:

• unutarnje krvarenje;
• oštećenje pluća;
• patologija u području respiratorne funkcije;
• koma.

Tijekom ishemijskog ili hemoragijskog napada uočava se kratkoća daha, koja se obnavlja pomoću ventilatora kako bi se normalizirale izgubljene moždane funkcije i osigurala stanicama dovoljna količina kisika. Stavljaju umjetna pluća za moždani udar do dva tjedna. Tijekom tog vremena prolazi promjena u akutnom razdoblju bolesti, smanjuje se oticanje mozga. Riješite se ventilatora ako je moguće, što je prije moguće.

Vrste IVL

Suvremene metode umjetne ventilacije podijeljene su u dvije uvjetne skupine. Jednostavni se koriste u hitnim slučajevima, a hardverski - u bolničkom okruženju. Prvi se može koristiti ako osoba nema samostalno disanje, ima akutni razvoj poremećaja respiratornog ritma ili patološki režim. Jednostavne metode uključuju:

1. usta na usta ili usta na nos- glava žrtve je zabačena unatrag do maksimalne razine, otvoren je ulaz u grkljan, korijen jezika je pomaknut. Osoba koja provodi postupak stoji sa strane, rukom stisne pacijentova krila nosa, zabacivši mu glavu unatrag, a drugom rukom pridržava mu usta. Duboko udahnuvši, spasilac čvrsto pritisne usne na usta ili nos pacijenta i snažno izdahne. Bolesnik mora izdahnuti zbog elastičnosti pluća i prsne kosti. Istovremeno provodite masažu srca.
2. Korištenje S-duct ili Reuben vrećice. Prije upotrebe, pacijent treba osloboditi dišne ​​putove, a zatim čvrsto pritisnuti masku.

Načini ventilacije u intenzivnoj njezi

Aparat za umjetno disanje koristi se u intenzivnoj njezi i odnosi se na mehaničku metodu ventilacije. Sastoji se od respiratora i endotrahealnog tubusa ili traheostomske kanile. Za odraslu osobu i dijete koriste se različiti uređaji koji se razlikuju po veličini uređaja koji se umeće i po podesivoj brzini disanja. Hardverska ventilacija provodi se u visokofrekventnom modu (više od 60 ciklusa u minuti) kako bi se smanjio respiratorni volumen, smanjio tlak u plućima, prilagodio pacijent na respirator i olakšao protok krvi u srce.

Metode

Visokofrekventna umjetna ventilacija dijeli se na tri metode koje koriste suvremeni liječnici:

• volumetrijski- karakterizira frekvencija disanja od 80-100 u minuti;
• oscilatorni– 600-3600 u minuti uz kontinuiranu ili povremenu vibraciju protoka;
• mlaznica- 100-300 u minuti, najpopularniji je, njime se kisik ili mješavina plinova pod pritiskom upuhuje u dišne ​​putove iglom ili tankim kateterom, druge opcije su endotrahealni tubus, traheostoma, kateter kroz nos ili kožu.

Osim razmatranih metoda, koje se razlikuju po učestalosti disanja, načini ventilacije razlikuju se prema vrsti aparata koji se koristi:

1. Auto- disanje pacijenta je potpuno potisnuto farmakološkim pripravcima. Pacijent potpuno diše uz kompresiju.
2. Pomoćni- disanje osobe je očuvano, a plin se dovodi pri pokušaju udaha.
3. Periodično prisilno- koristi se pri prelasku s mehaničke ventilacije na spontano disanje. Postupno smanjenje učestalosti umjetnih udisaja tjera bolesnika da samostalno diše.
4. S PEEP-om- kod njega intrapulmonalni tlak ostaje pozitivan u odnosu na atmosferski tlak. To vam omogućuje bolju distribuciju zraka u plućima, uklanjanje oteklina.
5. Električna stimulacija dijafragme- provodi se vanjskim igličastim elektrodama koje iritiraju živce na dijafragmi i uzrokuju njezino ritmičko kontrahiranje.

Ventilator

U režimu reanimacije ili postoperativnom odjelu koristi se ventilator. Ova medicinska oprema potrebna je za opskrbu pluća mješavinom plina kisika i suhog zraka. Prisilni način rada koristi se za zasićenje stanica i krvi kisikom i uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela. Koliko vrsta ventilatora:

• prema vrsti korištene opreme- endotrahealni tubus, maska;
• prema primijenjenom algoritmu rada- ručna, mehanička, s neurokontroliranom ventilacijom pluća;
• prema dobi- za djecu, odrasle, novorođenčad;
• pogonom– pneumomehanički, elektronički, ručni;
• po dogovoru- opći, posebni;
• po primijenjenom području– jedinica intenzivnog liječenja, reanimacija, postoperativni odjel, anesteziologija, novorođenčad.

Tehnika umjetne ventilacije pluća

Liječnici koriste ventilatore za izvođenje umjetne ventilacije. Nakon pregleda pacijenta, liječnik postavlja učestalost i dubinu udisaja, odabire mješavinu plina. Plinovi za stalno disanje dovode se crijevom spojenim na endotrahealni tubus, uređaj regulira i kontrolira sastav smjese. Ako se koristi maska ​​koja pokriva nos i usta, uređaj je opremljen alarmnim sustavom koji obavještava o kršenju procesa disanja. S produljenom ventilacijom, endotrahealna cijev se umetne u rupu kroz prednji zid dušnika.

Problemi tijekom mehaničke ventilacije

Nakon ugradnje ventilatora i tijekom njegovog rada mogu se pojaviti problemi:

1. Prisutnost borbe pacijenta s ventilatorom. Za korekciju se uklanja hipoksija, provjerava se položaj umetnute endotrahealne cijevi i same opreme.
2. Desinhronizacija s respiratorom. Dovodi do pada disajnog volumena, neadekvatne ventilacije. Uzroci su kašalj, zadržavanje daha, patologija pluća, grčevi u bronhima, nepravilno instaliran aparat.
3. Visokotlačni V dišni put . Razlozi su: povreda cjelovitosti cijevi, bronhospazam, plućni edem, hipoksija.

Odvikavanje od mehaničke ventilacije

Korištenje mehaničke ventilacije može biti popraćeno ozljedama zbog visoki krvni tlak, upala pluća, smanjena funkcija srca i druge komplikacije. Stoga je važno prekinuti umjetnu ventilaciju što je prije moguće, uzimajući u obzir kliničku situaciju. Indikacija za odvikavanje je pozitivna dinamika oporavka s pokazateljima:

• obnova disanja s frekvencijom manjom od 35 u minuti;
• minutna ventilacija smanjena na 10 ml/kg ili manje;
• pacijent nema temperaturu ili infekciju, apneju;
• krvna slika je stabilna.

Prije odvikavanja od respiratora provjeravaju se ostaci mišićne blokade, a doza sedativa smanjuje na minimum. Postoje sljedeći načini odvikavanja od umjetne ventilacije.

Mohammadhossein Dabaghi ​​​​et al. \Biomikrofluidika 2018

Grupa znanstvenika iz Kanade i Njemačke izradila je vanjska umjetna pluća za novorođenčad rođenu s respiratornim problemima. Nova vanjska pluća sustav su mikrokanala koji se sastoje od dvostrano poroznih membrana koje obogaćuju krv koja kroz njih teče kisikom. Krv teče kroz takve kanale sama, što je veliki plus i pomaže u izbjegavanju mnogih problema povezanih s vanjskim pumpama, navodi se u članku u biomikrofluidika.

Sindrom respiratornog distresa (RDS) pojavljuje se u otprilike 60 posto novorođenčadi u 28. tjednu trudnoće, a 15 do 20 posto u 32. do 36. tjednu trudnoće. Međutim, budući da su pluća jedan od organa koji se razvijaju na kraju trudnoće, nedonoščad s RDS-om treba dodatnu vanjsku pomoć za oksigenaciju krvi dok njihova vlastita pluća ne budu u potpunosti samostalno obavljala svoje funkcije. U ovom slučaju postoje slučajevi kada mehanička ventilacija pluća nije dovoljna, a liječnici su prisiljeni izravno obogatiti krv kisikom. U takvim slučajevima potrebno je protjerati bebinu krv kroz posebne membranske sustave u kojima je krv zasićena kisikom.

No, za razliku od odraslih, novorođenčad obično nema više od 400-500 mililitara krvi, pa je opasno koristiti više od 30-40 mililitara krvi za oksigenaciju izvan tijela, kako bi se izbjeglo prekomjerno razrjeđivanje i nizak hematokrit. Ova činjenica ograničava vrijeme koje jedinica krvi može provesti izvan tijela, odnosno proces oksigenacije mora se odvijati prilično brzo. Osim toga, kako bi se izbjegli padovi tlaka koji se javljaju pri korištenju perfuzijske pumpe i mogu oštetiti krvne stanice, idealno bi srce trebalo osigurati kretanje krvi kroz membranski sustav. I, iako to nije kritično, bilo bi dobro da membrane obogaćuju krv kisikom koristeći za to običan zrak, a ne posebno pripremljenu mješavinu plinova ili čisti kisik.

Sve te zahtjeve znanstvenici su pokušali ispuniti pomoću koncepta umjetne placente. Uključuje izmjenu plinova između krvi i vanjski izvor, bez miješanja bebine krvi s drugim tekućinama (samo joj se dodaje fiziološka otopina kako bi se održala količina tekućine koja cirkulira u krvnim žilama). Istodobno, budući da volumen krvi izvan tijela ne smije biti veći od 30 mililitara, potrebno je stvoriti strukturu u kojoj je, pri fiksnom volumenu, kontaktna površina krvi s membranom za izmjenu plina maksimalna. Najlakši način da to učinite je da kutiju vrlo male visine ispunite krvlju, ali će takva struktura biti vrlo nestabilna. Upravo je činjenica da konstrukcija mora biti tanka, ali u isto vrijeme čvrsta, kao i izrađena od poroznih materijala, nametnula glavna ograničenja pri stvaranju umjetnih pluća.

Za učinkovitu izmjenu plina, znanstvenici su postavili dvije kvadratne (43 × 43 mm) porozne polidimetilsiloksanske membrane paralelne jedna uz drugu, postavljajući između njih mrežu kvadratnih stupova sa stranicom od milimetra, tvoreći mnogo ravnih, okomitih kanala kroz koje teče krv. Osim mehaničkog držanja membrana, ovi su stupovi također pomogli u miješanju krvi, čineći je homogenijom po sastavu u cijelom sustavu. Također, za dovoljnu stabilnost konstrukcije, odsutnost deformacija tijekom rada i smanjenje utjecaja nedostataka, jedna od membrana mora biti dovoljno debela da osigura čvrstoću konstrukcije, ali u isto vrijeme dovoljno tanka da se kroz nju može odvijati izmjena plinova. Kako bi smanjili debljinu sloja polidimetilsiloksana bez gubitka mehaničkih svojstava, istraživači su u njega umetnuli mrežu armiranih čeličnih traka.

Činjenica da udisanje zraka u pluća može oživjeti osobu poznata je od davnina, ali su se pomoćni uređaji za to počeli proizvoditi tek u srednjem vijeku. Godine 1530. Paracelsus je prvi put upotrijebio zračni kanal s kožnim mijehom za raspirivanje vatre u kaminu. Vezaleus je nakon 13 godina objavio djelo “O građi ljudskog tijela” u kojem je potkrijepio dobrobiti ventilacije kroz cijev umetnutu u dušnik. A 2013. istraživači sa Sveučilišta Case Western Reserve stvorili su prototip umjetnih pluća. Uređaj koristi pročišćeni atmosferski zrak i ne treba mu koncentrirani kisik. Uređaj je po strukturi sličan ljudskim plućima sa silikonskim kapilarama i alveolama, a radi na mehaničku pumpu. Biopolimerne cijevi oponašaju grananje bronha u bronhiole. U budućnosti se planira poboljšati aparat s obzirom na kontrakcije miokarda. Mobilni uređaj će vjerojatno zamijeniti transportni ventilator.

Dimenzije umjetnih pluća su do 15x15x10 centimetara, a dimenzije se žele što više približiti ljudskom organu. Ogromno područje plinske difuzijske membrane daje 3-5 puta povećanje učinkovitosti izmjene kisika.

Dok se uređaj testira na svinjama, testovi su već pokazali njegovu učinkovitost kod zatajenja disanja. Uvođenje umjetnih pluća pomoći će u napuštanju masovnijih transportnih ventilatora koji rade s eksplozivnim bocama s kisikom.

Umjetna pluća omogućuju aktivaciju pacijenta koji je inače vezan za reanimaciju montiranu na krevetu ili transportni ventilator. A aktivacijom se povećavaju šanse za oporavak i psihičko stanje.

Pacijenti koji čekaju donorsko pluće obično moraju dosta dugo ostati u bolnici na aparatu za umjetni kisik, uz pomoć kojeg možete samo ležati u krevetu i gledati kako aparat diše umjesto vas.

Projekt umjetnog pluća sposobnog za protetsko zatajenje dišnog sustava ovim pacijentima daje priliku za brzi oporavak.

Prijenosni komplet za umjetna pluća uključuje sama pluća i krvnu pumpu. Autonomni rad je dizajniran do tri mjeseca. Mala veličina uređaja omogućuje zamjenu transportnog ventilatora hitne medicinske pomoći.

Rad pluća temelji se na prijenosnoj pumpi koja obogaćuje krv zračnim plinovima.

Neki ljudi (osobito novorođenčad) ne trebaju dugotrajnu visoku koncentraciju kisika zbog njegovih oksidirajućih svojstava.

Još jedan nestandardni analog mehaničke ventilacije koji se koristi za teške ozljede leđne moždine je transkutana električna stimulacija freničnih živaca ("frenikus stimulacija"). Razvijena je transpleuralna masaža pluća prema V.P. Smolnikovu - stvaranje stanja pulsirajućeg pneumotoraksa u pleuralnim šupljinama.

Umjetna pluća, dovoljno kompaktna za nošenje u običnom ruksaku, već su uspješno testirana na životinjama. Takvi uređaji mogu učiniti mnogo ugodniji život oni ljudi čija vlastita pluća, iz bilo kojeg razloga, ne funkcioniraju kako treba. Do sada se u te svrhe koristila vrlo glomazna oprema, no novi uređaj koji su razvili znanstvenici u ovaj trenutak može to promijeniti jednom zauvijek.

Osoba čija pluća ne mogu obavljati svoju glavnu funkciju, u pravilu se pridružuje strojevima koji pumpaju njihovu krv kroz izmjenjivač plina, obogaćujući je kisikom i uklanjajući iz nje ugljični dioksid. Naravno, tijekom ovog procesa, osoba je prisiljena ležati na krevetu ili kauču. A što dulje leže, mišići im postaju slabiji, pa je oporavak malo vjerojatan. Kompaktna umjetna pluća su razvijena kako bi se pacijenti mogli bolje kretati. Problem je posebno postao aktualan 2009. godine, kada je izbila svinjska gripa, zbog koje su mnogi oboljeli ostali bez pluća.

Umjetna pluća ne samo da mogu pomoći pacijentima u oporavku od određenih plućnih infekcija, već i omogućiti pacijentima da čekaju na odgovarajuća pluća donora za transplantaciju. Kao što znate, red se ponekad može protezati duge godine. Situacija je komplicirana činjenicom da je kod ljudi s otkazanim plućima, u pravilu, srce, koje mora pumpati krv, također vrlo oslabljeno.

“Stvaranje umjetnih pluća puno je više težak zadatak nego dizajnirati umjetno srce. Srce jednostavno pumpa krv, dok su pluća složena mreža alviola, unutar kojih se odvija proces izmjene plinova. Do danas ne postoji tehnologija koja se čak može približiti učinkovitosti pravih pluća,” kaže William Federspiel sa Sveučilišta u Pittsburghu.

Tim Williama Federspiela razvio je umjetna pluća koja uključuju pumpu (podržava srce) i izmjenjivač plina, no uređaj je toliko kompaktan da lako stane u malu torbu ili ruksak. Uređaj je spojen na cijevi povezane s ljudskim krvožilnim sustavom, učinkovito obogaćujući krv kisikom i uklanjajući iz nje višak ugljičnog dioksida. Ovaj mjesec dovršena su uspješna testiranja uređaja na četiri pokusne ovce, tijekom kojih je krv životinja zasićena kisikom za različita razdoblja vrijeme. Tako su znanstvenici postupno doveli vrijeme neprekidnog rada uređaja na pet dana.

Alternativni model umjetnih pluća razvijaju istraživači sa Sveučilišta Carnegie Mellon u Pittsburghu. Ovaj uređaj namijenjen je prvenstveno onim pacijentima čije je srce dovoljno zdravo da samostalno pumpa krv kroz vanjski umjetni organ. Uređaj je na isti način povezan s cijevima koje su izravno spojene na ljudsko srce, nakon čega se remenima pričvršćuje za tijelo. Do sada, oba uređaja trebaju izvor kisika, drugim riječima, dodatni prijenosni cilindar. S druge strane, trenutno znanstvenici pokušavaju riješiti ovaj problem, i to prilično uspješno.

Upravo sada istraživači testiraju prototip umjetnih pluća kojima više nije potreban spremnik kisika. Prema službenom priopćenju, nova generacija uređaja bit će još kompaktnija, a kisik će se oslobađati iz okolnog zraka. Prototip se trenutno testira na laboratorijskim štakorima i pokazuje doista impresivne rezultate. Tajna novog modela umjetnih pluća leži u korištenju ultratankih (samo 20 mikrometara) tubula izrađenih od polimernih membrana, koji značajno povećavaju površinu izmjene plinova.