Umělé srdce Marcela Fejtová

Umělé srdce

• Marcela Fejtová

• Vratislav Fabián

Historie srdce

• Galén (lékař starověkého Říma) – přisuzoval srdci roli topeniště, které do sebe nasává krev, aby ji spalovalo a tak vyrábělo teplo pro ohřívání těla

• Leonardo da Vinci – srdce je tvořeno svalovinou, která vyrábí teplo

• začátek 17. století – anglický lékař William Harvey – pozorování a pokusy

Srdce

• hlavní součást oběhového systému

• svalová pumpa, která vhání krev do těla

• jeden stah = 70 ml krve (člověk „obsahuje“ cca 5 litrů krve)

• srdeční výdej (závislý na okolnostech)

• 5-10 litrů za minutu
• 12 000 litrů denně (automobilová cisterna)

Srdce

• je uloženo v mezihrudí v levé části 4 - 5 cm pod hrudní kostí (v dolní části hrudníku vlevo obklopeno plicními laloky a hlavními krevními cévami)

• váží 350 – 450 g (velikost mužské pěsti ve tvaru kužele či hrušky)

• 12,5 cm dlouhé
• 7,5 cm široké
• 6 cm hluboké

• pulsuje rychlostí 60 - 80/min (60 tepů za minutu v klidu)

Funkční části srdce

• nitroblána srdeční (endokard) – vnitřní plocha síní a komor – tvoří chlopně

• svalovina srdeční (myokard) – nejvíce svaloviny v oblasti levé komory

• přísrdečník (epikard) – vazivová vrstva, která je prostoupena tukem

• osrdečník (perikard) – vazivová blána v níž je srdce uloženo

Srdce bez osrdečníku

• srdce (srdeční sval myokard)

• osrdečník (epikard)

• srdečnice (aorta)

• plícnice (arteria pulmonalis)

• srdeční hrot

• pravá komora

• levá komora

Pohyb krve

• každá polovina srdce je samostatnou pumpou

• tělo (odkysličená krev)  pravá komora  plíce (okysličení krve)  levá komora  tělo (okysličená krev)

Činnost srdce

• základ systola (smršťování) a diastola (ochabování) srdeční svaloviny

• postup plnění srdce krví (srdeční revoluce):

• systola síní (žílami naplněné síně krví z plic a těla se smrští a převedou krev do komor)
• systola komor (naplněné komory se smrští a převedou krev tepnami do plic a těla)
• diastola komor (též síně jsou v diastole)

Abychom mohli žít

• musí se srdce stáhnout:

• 100 000 krát za den

• 36 500 000 krát za rok

• 2 737 500 000 krát za průměrný lidský život

Transplantace srdce

• 5 – 6 zásahů na 1 000 000 obyvatel

• od 90. let zaznamenán výrazný nárůst transplantace

• = při selhání srdce jediné dlouhodobé opatření, které zachrání život (umožňuje velkému počtu pacientů žít s relativně malými omezeními)

Umělé srdce – vývoj

• v 50. a 60. letech řada klíčových vynálezů zahrnující:

• mimotělní oběh

• prostetické materiály

• umělé chlopně

• implantovatelné kardiostimulátory

• koronární angiografie …

Umělé srdce - vývoj

• 70. a 80. léta

• IABP – Intra-Aortic Baloon Pump

• nové léky proti rejekci transplantátů

• externí a implantabilní VAD – Ventricular Assist Device

Umělé srdce - vývoj

• 90. léta

• ABIOMED Bi-ventrikulární podpůrný systém

• LVAD jako pomoc při přechodu k transplantaci srdce od dárce

Umělé srdce - vývoj

Umělé srdce - vývoj

• 1969 – Domingo Liotta

• první transplantace umělého srdce člověku jako most pro transplantaci dárcovského srdce

• pacient přežil 3 dny

Umělé srdce - vývoj

• 1982 – Willem Kolff, Donald Olsen a Robert Jarvik – JARVIK – 7

• jako první určeno pro dlouhodobější náhradu pacientova srdce

ABIOCOR - současnost

• umělé srdce firmy Abiomed

• 2001 první implantace

• 7 příjemců – až rok života

• titan + polyuretan (AngioFlex)

• bezdrátové dobíjení baterie

• čerpací mechanismus napodobuje bití lidského srdce

Části ABIOCORu

• hrudní jednotka

• kontrolní jednotka

• implantovaná baterie

• implantovaný TET (transcutaneous energy transmission

• externí jednotka

Hrudní (thoracic) jednotka

Hrudní (thoracic) jednotka

• hmotnost přibližně 1 kg

• 2 hydraulické pumpy – „přirozený“ tep

• připojení na pacientovy tepny a žíly

Implantovaná baterie

• napájení hrudní a kontrolní jednotky

• výdrž max. 30 minut

• nabíjení přes TET

• titanové pouzdro

• Nutná výměna po roce

Implementovaný kontrolér

• „mozek“ systému

• monitorování a kontrola hrudní jednotky

• určování tepové frekvence

• komunikace s externími částmi

• titanové pouzdro

Implantovaný TET

• přenos energie a informací

• spojení s impl. baterií a kontrolerem

• žádné kabelové spojení přes kůži

• snížení rizika infekce

Externí části

Externí jednotka

• přijímání informací přes TET z implantované kontroléru o stavu systému

• signalizace v případě problémů se systémem

• napájení z 230 V sítě

• záložní baterie na 40 minut

Přenosný modul

• PCE (Patient-Carried Electronics)

• přenosný systém

• baterie až na 2 hodiny provozu

• stejná funkce jako externí jednotka

PCE bateriová brašna

• hmotnost přibližně 5 kg

Externí TET

• přenos energie z externí jednotky do implantovaného TET potažmo dalších implementovaných částí

PCE řídící modul

• separátní jednotka připojená k bateriové brašně

• možné přímé připojení k 230 V síti

• převod napájení energie na energii přenositelnou přes TET

• signalizace stavu systému

PCE baterie

Indikace ABIOCORu

• nevratné poškození srdce

• nevhodnost k transplantaci

• masívní infarkt myokardu

• tromby v srdečních komorách

• odmítnutí transplantátu

• vážná poškození srdečních komor

• opakované problémy s chlopněmi

• …

Příjemci ABIOCORu

• Robert L. Tools přijal jako první člověk v červenci 2001 umělé srdce ABIOCOR

• zemřel v listopadu 2001 po těžké mrtvici

Příjemci ABIOCORu

• Tom Christerson

• nejdéle žijící pacient s ABIOCORem

ABIOCOR II

• nová generace ABIOCORu

• menší, lehčí, vyšší spolehlivost

• Konstrukce na bezproblémovou funkci po dobu 5 let

LVAD

• podpora levé srdeční komory

• funkčnost až dva roky

• přemostění před transplantací srdce

Umělá srdeční chlopeň

Srdeční chlopně

• = fungují jako ventil

• umožňují pouze jednosměrný tok krve
• zabraňují jejímu návratu do předchozích oddílů

• v srdci 4 chlopně:

• trikuspidální chlopeň
• plicní chlopeň
• mitrální chlopeň
• aortální chlopeň

Proudění krve v srdci

• tělo (odkysličená krev) → horní a dolní dutá žíla → pravá síň → pravá komora → plicní tepna → plíce (okysličená krev) → levá síň → levá komora → aorta → tělo

Vady chlopní

• Nedostatečná plocha:

• zúžení (stenóza)

• srdeční oddíly jsou nucené ke zvýšenému tlakovému úsilí, aby přes zmenšený otvor protlačily normální objem krve

• nedomykavost (regurgitace)

• část již přečerpané krve se vrací do předešlého srdečního oddílu  nutnost přečerpání většího objemu krve

Vady chlopní

• v počátečním období je srdce schopno pomocí zvýšeného úsilí vyrovnat se se zvýšenými nároky bez příznaků

• po určité době dochází ke zhoršení chlopenní vady  poškození srdce  projevy srdečního selhání  poškození životně důležitých orgánů (plíce, játra, ledviny)

Vysoký krevní tlak

• = srdce se musí více namáhat

• příčinou může být větší množství cirkulující krve nebo větší odpor chlopní resp. cév (či kombinace obou stavů)

•  zhrubnutí svaloviny levé komory  srdce nemusí zvládnout požadovanou námahu

Aortální stenóza

• = zúžení aortální chlopně bránící vypuzování krve z levé komory do aorty

• levá komora se musí silněji stahovat (vyvinutí vyššího tlaku), aby zúženou chlopní vypudila krev do aorty  zvětšení srdečního svalu (překonání zvýšeného odporu) → v určitém stádiu je však už odpor tak velký, že síla levé komory ho nedokáže překonat  srdeční selhání

Mitrální stenóza

• = zúžení chlopně oddělující levou předsíň od levé komory vedoucí ke sníženému proudění krve z levé předsíně do levé komory

• správně se nedovírá  při kontrakci levé komory krev teče zpět do předsíně, která se rozšíří a stoupne v ní množství krve a tlak  stoupne tlak v plicních žilách a kapilárách  krev se hromadí v plicích, pacientovi se hůře dýchá (kašlá)

Aortální regurgitace

• = zpětný tok krve z aorty do levé komory podmíněný nedomykavostí aortální chlopně

• aortální chlopeň se správně nedovírá  krev teče z aorty zpět do levé komory  hromadění krve v levé komoře  její následné selhání

Léčba

• snížení fyzické a psychické námahy

• snížení příjmu tekutin (omezení příjmu minerálek hlavně s obsahem NaCl)

• snížení příjmu kuchyňské soli

• redukce váhy (v případě nadváhy)

• dietní opatření (jíst méně, častěji a lehce stravitelnou potravu)

• medikamentózní léčba

• transplantace x umělý orgán

Léčba

• léky (udržení dostatečného výkonu srdce)

• diuretika – zvyšují množství vylučované moče, a tím snižují množství cirkulující krve
• ACE inhibitory – snižují odpor kladený cévami protékající krvi
• digoxin – zvyšuje sílu kontrakce srdečních komor

Chirurgická léčba

• chlopenní plastika – provedení „opravy“ na chlopni

• umělá chlopeň

• mechanická – vyrobené z kvalitních kovových slitin  téměř neomezená trvanlivost – nositelé musí užívat léky na „ředění krve“
• biologická – vyrobeny z biologických materiálů  onemocnění, které postihlo původní chlopeň může postihnout i tuto náhradu

Komplikace

• infekce rány

• trombóza (tvorba krevních sraženin)

• embólie (uzávěry tepen krevní sraženinou)

• různé poruchy srdečního rytmu (zavedení kardiostimulátoru)

Antikoagulační léčba

• tvoření krevní sraženiny na povrchu umělé chlopně  užívání léku snižující krevní srážlivost (Pelentan, Warfarin)

Umělá chlopeň

• operace neznamená naprosté uzdravení srdce

• zásah nutný k zastavení zhoršování choroby a umožnění zotavení srdečního svalu

• parametry:

• S … uvolnění krevní sraženiny do oběhu
• U … ucpání chlopně krevní sraženinou
• F … selhání chlopně (stav, který zapříčiní smrt pacienta nebo vede k závažnému poškození chlopně s její následnou nutnou výměnou)

Starr-Edwards Ball Valve Prosthesis

• 1961 – první umělá chlopeň – kuličkové řešení

• S = 1,8% pacient/rok

• U = 0,2% pacient/rok

• F = 1,5% pacient/rok

Bjork –Shilley

• naklápěcí umělá chlopeň

• úhel otevíracího natočení 60°-70°

• S = 1,0% pacient/rok

• U = 0,5% pacient/rok

• F = 1,5% pacient/rok

Meditronic-Hall

• naklápěcí umělá chlopeň s úhlem otevření až 75°

• S = 1,4-1,7% pacient/rok

• U = 0,2% pacient/rok

• F = 0% pacient/rok

• (za posledních 7 let nebylo zaznamenáno vážné selhání chlopně)

St. Jude Medical Carbomedics

• kloubová dvoulístková umělá srdeční chlopeň

• průchod krve mezi skloubenými lístky snižuje riziko trombózy chlopně

• úhel otevření 50° - 80°

• S = 1,7-2,1% pacient/rok

• U = 0,3% pacient/rok

• F = 0% pacient/rok

• (dosud nebyl zaznamenán případ selhání)