Hjerte-lunge-maskin

En hjerte–lunge-maskin kan overta hjertets pumpearbeid og lungenes gassutveksling for kortere tid i tilknytning til thoraxkirurgi.
Maskinen består av en pumpe og en gassutvekslingsenhet, og er i tillegg forsynt med en varmeveksler og et filter for fjerning av koagulert blod. Forskjellige prinsipper har vært benyttet for gassutveksling og pumpemekanisme siden den første funksjonelle maskinen ble forsøkt på katter i 1937 av John Gibbon, som den 6. mai 1953 gjennomførte den første vellykkede åpne hjertekirurgi med hjerte–lunge-maskin.

Hjertepumpen

Det brukes i dag tre hovedtyper av pumper.

Rullepumper

Rullepumper er de mest benyttede og består av en elastisk slange av gummi eller polyvinylklorid som er huset i et sirkelformet spor, med ruller montert sentralt på svingarmer. Når svingarmene roterer og fører rullene over slangen, skyves blod foran rullene og genererer et trykk. En mildt pulset strøm av blod kan så føres til den systemiske sirkulasjonen. For stort trykk og bruk av gummi er assosiert med større grad av hemolyse.

Sentrifugalpumper

Sentrifugalpumper består av impellere med vinger eller en rekke små plast-koner som er innebygget i et plastkammer. Disse er magnetisk koblet til en elektromotor, og når de roterer raskt dannes det et overtrykk inne i huset. Disse pumpene genererer en strøm som er avhengig av den motstand de møter i transfusjonslinjen, og vil heller ikke generere et for høyt trykk dersom linjen skulle være blokkert, og vil ikke generere et for høyt arterietrykk. Men den hindrer heller ikke tilbakestrøm av blod dersom den er avslått, med fare for å tømme pasienten for blod, og bør derfor har tilbakestrømsventil. Den har fordeler med hensyn til redusert risiko for å sende avgårde luftemboli og gir mindre skade på blodbestandeler og gir mindre aktivering av koagulasjonskaskaden.

Ventrikulærpumper

Ventrikulærpumper er lite i bruk. De består av en variant av en ballong som komprimeres av trykkluft i et kammer eller et stempel.

Oksygenator

Det brukes to typer oksygenatorer.

Bobleoksygenator

Bobleoksygenator plasseres mellom linjen med blod fra pasienten og pumpen. DeWall-Lillehei boble oksygenator ble utviklet i 1955 og bestod av en vertikalstilt kolonne fylt med substanser som hindret skumdannelse, og som ble tilført venøst blod og oksygen fra undersiden. Oksygenet ble boblet gjennom blodet. Blodet ble videre ledet gjennom et horisontalt/nedadstigende avboblingskammer og inn i en spiralformet slange som var neddykket i et vannbad, som også fungerte som varmeveksler. Det oksygenerte blodet ble så ført til pumpen.

Membranoksygenator

Membranoksygenator består av en tynn membran som skiller blod og gass, men som tillater diffusjon av gasser over seg, og minner slik sett mer om prosessen slik den foregår i lungene. Membranen har et stort areal, 2-4 kvm, som blodet fordeler seg som en tynn film over, inne i en rekke kapillærrør eller skviset mellom plater eller utenpå kapillærrør. Det brukes to typer membraner. Ekte membran oxygenatorer benytter silikongummi, som ikke har noen porer. Gassutvekslingen er totalt avhengig av diffusjon av gass over membranen. Diffusjon er avhengig av membranens permeabilitet, diffusjonsdistanse for gassen i blodet, og drivtrykket for den enkelte gass over membranen. Brukes primært til ECMO, Extra Corporeal Membrane Oxygenation, og er dyrt å produsere, men gir stabile oksygen og karbondiksidverdier over tid, og kan brukes i ukesperspektiv.
Mikroporøse membranoksygentorer består av polypropylen som er en heterogen og vannavstøtende plast. Den strekkes slik at det dannes små porer på 0,03 til 0,07 mm. På grunn av de vannavstøtende egenskapene og at porene er så små, vil det ikke skje lekkasje over membranen. Gassutvekslingen skjer gjennom mikroporene, og trenger på grunn av direkte Blod-Gass grensesnitt ikke så stort areal for å være effektiv. Flere løsninger eksisterer, noen er trekkspillbrettede flate paneler, noen er kapillærrør. De kapillærrørkonfigurerte der blodet strømmer inne i røret er mer utsatt for å gå tett. Effektiviteten er sammenlignbar mellom de ulike konfigurasjonene.

Historikk

John Gibbon regnes for å ha vært den første som utviklet en praktisk fungerende hjerte-lunge-maskin, og utførte den første vellykkede operasjon ved hjelp av denne i mai 1953 i Philadelphia, hvor han reparerte en atriumseptum-defekt. Dog menes det at Charles Lindbergh, piloten kjent for først å krysse Atlanteren i fly, sammen med nobelprisvinner i medisin (1912), Alexis Carrel, var først til å utvikle en primitiv hjerte-lunge-maskin¹.  Denne ble utviklet under navnet «Model T» gjennom mange voldsomme dyreforsøk på 30-tallet.
Sergei Sergeyevich Brukhonenko var den første til å foreslå at en ekstrakorporal sirkulering kunne brukes i hjerteoperasjon og anvendte sin hjerte-lunge-maskin for klinisk gjenoppliving på femtitallet. Maskinen ble aldri brukt i åpen hjerteoperasjon. Gibbons suksess med sin hjerte-lunge-maskin på midten av 50-tallet overskygget det tidlige arbeidet til Brikhoneko, og den første hjerte-lunge-maskinen ble glemt².