ИСКУССТВЕННЫЙ ЖЕЛУДОЧЕК СЕРДЦА (ВАРИАНТЫ)
ARTIFICIAL VENTRICLE OF HEART (VERSIONS)

Изобретение относится к кардиохирургии, конкретно к механической помощи сердцу для восстановления кровообращения, в частности для поддержания насосной функции пораженного сердца до момента операции либо до момента самостоятельного восстановления его сократительной способности.
Известен ряд имплантируемых искусственных желудочков сердца. Так, в патенте [US 3974825] описан искусственный желудочек сердца, включающий в свой состав корпус, в котором размещен мембранный насос с пневмоприводом, систему регистрации положения мембраны насоса, входной и выходной патрубки, входной и выходной клапаны рабочей камеры насоса. Дистанционная регистрация положения гибкой мембраны насоса и, соответственно, объема перекачиваемой крови осуществляется с помощью емкостного датчика, встроенного в корпус желудочка, который подключен к системе обработки сигнала, соединенной с системой управления насоса.
Недостатком данного желудочка с двумя патрубками и клапанами рабочей камеры насоса является то, что, забирая кровь из полости желудочка, насосом она поставляется в ту же полость, создавая нагрузку на сердечную мышцу. Система регулирования объема перекачиваемой крови имеет достаточно сложную конструкцию и требует изолированных электрических выводов, через которые емкостной чувствительный элемент датчика подключается к системе обработки сигнала. При этом требуется размещение элементов измерительной цепи в непосредственной близости от имплантируемого искусственного желудочка.
Известно изобретение [US 4781715], согласно которому управление приводом мембранного насоса производится посредством измерения давления в жидкостной полости мембранного насоса, заполненной кровью. Для измерения давления применяется датчик давления, встроенный в стенку корпуса желудочка.
К недостаткам относится то, что такое расположение датчика требует специальной изоляции в теле пациента электрической цепи, соединяющей чувствительный элемент датчика с блоком обработки сигнала.
Другим недостатком является то, что установка чувствительного элемента датчика в полости, через которую осуществляется кровоток, приводит к образованию тромбов в области стыка чувствительного элемента с внутренней поверхностью рабочей камеры насоса. Развитие тромбоза, в свою очередь, ограничивает допустимое время функционирования имплантированного искусственного желудочка сердца, снижая тем самым общий ресурс аппарата.
Известен также искусственный желудочек сердца [а.с. СССР  1801497], который содержит мембранный насос с электромеханическим приводом, корпус желудочка, линии подвода и отвода перекачиваемой среды. В качестве средства измерения положения гибкой мембраны в процессе работы желудочка используются контактные датчики.
Первый датчик установлен на вытеснителе, жестко связанном со штоком выходного звена электромеханического привода. В качестве датчика положения мембраны применяется контактный датчик с нормально открытыми контактами, которые замыкаются при соприкосновении вытеснителя с мембраной и размыкаются при отходе вытеснителя от мембраны.
Второй контактный датчик используется в качестве датчика крайнего диастолического положения мембраны. С помощью второго датчика осуществляется измерение промежутка времени, в течение которого осуществляется перемещение мембраны из крайнего, близлежащего к приводу вытеснителя, положения до момента встречи с мембраной. Датчик крайнего диастолического положения позволяет исключить влияние ложных сигналов о положении мембраны в промежуточном положении на работу искусственного желудочка.
К недостатку способа работы данного устройства относится то, что требуется достаточно сложная система управления и использование дополнительных изолированных кабелей, соединяющих датчики, установленные непосредственно в корпусе имплантируемого искусственного желудочка, с внешней системой измерения и управления. Расположение датчика в перемещаемом толкателе электромеханического привода существенно усложняет конструкцию устройства, поскольку в этом случае требуется применение гибких токоподводов, работающих в режиме сжатие-растяжение с частотой сердечных сокращений.
Вторым существенным недостатком является то, что в фазу диастолы желудочка включаются сердечные мышцы, что неблагоприятно сказывается на коронарном кровообращении собственно сердца.
Известен искусственный желудочек сердца [полезная модель RU 45618], в котором функцию средства измерения положения эластичной мембраны имплантируемого мембранного насоса выполняет датчик, установленный вне корпуса желудочка сердца. Для контроля положения эластичной мембраны используется вспомогательный элемент конструкции - компенсационная камера, основное назначение которой заключается в поддержании постоянного давления в газовой (технологической) полости мембранного насоса.
Это позволяет в целом увеличить допустимое время подключения искусственного желудочка к пациенту (ресурс имплантируемого желудочка) за счет предотвращения тромбообразования на поверхности мембраны и упростить конструкцию имплантируемой части устройства.
Однако общим недостатком имплантируемых желудочков сердца является то, что, поддерживая и нормализуя кровообращение организма в целом, такие устройства не предотвращают летального исхода от острой сердечной недостаточности.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по своей технической сущности является устройство для поддержания жизнедеятельности сердца [WO 2012167876] (прототип), включающее двухкамерный диафрагменный насос и канюлю. На конце канюли имеются датчик перепада давления и датчик изменения объема желудочка. Такой мониторинг сокращений желудочка позволяет при обнаружении изменения давления и изменения объема желудочка задействовать насос для нормализации кровообращения.
К недостатку прототипа относится недостаточно высокая разгрузка сердца, что крайне важно для восстановления функции миокарда при острой сердечной недостаточности.
Технической задачей является сохранение сердца как органа при острой сердечной недостаточности, вызванной падением артериального давления (вариант 1), так и в случае острой сердечной недостаточности, развившейся в раннем послеоперационном периоде или на операционном столе (вариант 2).
Заявляемый в качестве изобретения искусственный желудочек сердца направлен на разгрузку сердца для восстановления функции миокарда.
Технический результат по варианту 1 достигается тем, что предложен искусственный желудочек сердца, включающий двухкамерный диафрагменный насос и канюлю, состоящую из последовательно расположенных по отношению к насосу желудочковой и аортальной частей, насос выполнен из разделенных мембраной газовой камеры, которая трубопроводом или каналом соединена с устройством, обеспечивающим импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума, и камеры перекачиваемой среды, снабженной штуцером для соединения с желудочковой частью канюли, при этом желудочковая часть выполнена в виде жесткого трубчатого элемента с перфорацией по периферии его диаметрального сечения, выполненной между упорными шайбами во внутренней стенке трубчатого элемента канюли со смещением в сторону упорной шайбы, дальней от штуцера диафрагменного насоса, и цилиндрического стакана, высотой, меньшей расстояния между упорными шайбами, с отверстием на его основании, размещенного во внутренней части трубчатого элемента канюли и имеющего возможность линейного перемещения между упорными шайбами с функцией открытия-перекрытия отверстий перфорации, а аортальная часть канюли выполнена из мягкой силиконовой трубки.
Технический результат по варианту 2 достигается тем, что предложен искусственный желудочек сердца, включающий аксиальный двухкамерный диафрагменный насос и канюлю, состоящую из последовательно расположенных по отношению к насосу аортальной и желудочковой частей, насос выполнен из разделенных мембраной газовой камеры, которая трубопроводом или каналом соединена с устройством, обеспечивающим импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума, и камеры перекачиваемой среды, снабженной штуцером для соединения с аортальной частью канюли, при этом аортальная часть выполнена в виде жесткого трубчатого элемента с перфорацией по периферии его диаметрального сечения, выполненной между упорными шайбами во внутренней стенке трубчатого элемента канюли со смещением в сторону упорной шайбы, ближней к штуцеру диафрагменного насоса, и цилиндрического стакана, высотой, меньшей расстояния между упорными шайбами, с отверстием на его основании, размещенного во внутренней части трубчатого элемента канюли и имеющего возможность линейного перемещения между упорными шайбами с функцией открытия-перекрытия отверстий перфорации, а желудочковая часть канюли выполнена из мягкой силиконовой трубки.
Технический результат достигается также тем, что штуцер диафрагменного насоса соединен с жестким трубчатым элементом канюли мягкой трубкой.
Возможно, что в устройстве, обеспечивающем импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума, в качестве газа используют гелий.
Важно, что устройство импульсной поочередной подачи газа под давлением и создания вакуума снабжено аппаратом наружной контрпульсации, импульсы которого синхронизированы с фазами сердечного цикла пациента через его электрокардиограмму.
Желательно, чтобы жесткий трубчатый элемент канюли был выполнен из титана.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, при его использовании в качестве левого желудочка по варианту 1, конструкция канюли позволяет в фазу систолы затягивать кровь из желудочка через перфорацию жесткого трубчатого элемента в камеру перекачиваемой среды насоса, а в фазу диастолы синхронно подавать через канюлю непосредственно в аорту, т.к. перфорация перекрывается цилиндрическим стаканом блока распределения потока перекачиваемой среды.
При использовании изобретения в качестве левого желудочка по варианту 2, в фазу систолы кровь из желудочка затягивается через мягкую силиконовую трубку канюли в камеру перекачиваемой среды насоса (перфорация жесткого трубчатого элемента перекрывается), а в фазу диастолы подается через перфорацию жесткого трубчатого элемента в аорту.
В любом случае желудочек работает без напряжения, почти вхолостую, при этом в системе кровообращения сохраняется достаточно высокое артериальное давление.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг.1 - схема установки левого искусственного желудочка сердца с желудочко-аортальной канюлей;
Фиг.2 - схема установки левого искусственного желудочка сердца с аорто-желудочковой канюлей;
Фиг.3 - канюля в продольном разрезе:
а) по варианту 1; б) по варианту 2,
на которых: 1 - аксиальный двухкамерный диафрагменный насос; 2 - жесткий трубчатый элемент канюли; 3 - мягкая силиконовая трубка канюли; 4 - перфорация жесткого трубчатого элемента; 5 - мягкая трубка соединения штуцера диафрагменного насоса с жестким трубчатым элементом канюли; 6 - трубопровод или канал соединения с устройством, обеспечивающим импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума; 7 - упорные шайбы во внутренней стенке трубчатого элемента канюли; 8 - цилиндрический стакан с отверстием на его основании.
Изобретение реализуется следующим образом.
За счет вакуума, создаваемого в газовой камере диафрагменного насоса, происходит засасывание крови в рабочую камеру насоса объемом, заданным аппаратом наружной контрпульсации в фазу систолы (сокращения) левого желудочка. А в фазу диастолы (расслабления) при подаче в газовую камеру диафрагменного насоса газа (гелия) под давлением рабочая камера насоса выбрасывает кровь через канюлю в аорту. Таким образом, левый желудочек работает с наименьшей нагрузкой, а искусственный желудочек берет на себя практически всю насосную функцию. Нормализация гемодинамики позволяет постепенно улучшить мышечные сокращения сердца за счет хорошего кровообращения по сосудам сердца, уменьшить периинфарктную зону и ликвидировать острую сердечную недостаточность. Ниже приведены примеры использования искусственного желудочка сердца.
Пример 1 (вариант 1)
В случае острой сердечной недостаточности, с падением артериального давления ниже критических цифр, больной должен быть немедленно доставлен в операционную, где под наркозом осуществляется мини-инвазивная левосторонняя торакотомия в 7 межреберье. Вскрывается перикард, накладываются швы на верхушку сердца и вскрывается полость левого желудочка, и предложенная желудочко-аортальная канюля с помощью жесткого проводника вводится в полость левого желудочка, а затем проводится через аортальный клапан в аорту.
Проводник удаляется из канюли, а дистальный конец (жесткий трубчатый элемент) канюли 2 соединяется мягкой трубкой 5 со штуцером рабочей камеры диафрагменного насоса 1, газовая камера которого, в свою очередь, трубопроводом или каналом 6 соединена с устройством, обеспечивающим импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума. Проводится профилактика воздушной эмболии с помощью винта, расположенного в мембранной части насоса.
Затем подсоединяется газовый привод устройства импульсной подачи газа к штуцеру газовой части насоса. Импульсная поочередная подача газа под давлением и создание вакуума задается аппаратом наружной контрпульсации, импульсы которого синхронизированы с фазами сердечного цикла пациента через его электрокардиограмму, а в качестве газа используется гелий.
Включается аппарат контрпульсации. В фазу систолы левого желудочка с помощью подаваемого вакуума насос затягивает кровь из полости левого желудочка через перфорацию 4 жесткого трубчатого элемента канюли в камеру перекачиваемой крови, а в фазу диастолы, т.е. расслабления левого желудочка, синхронно подает кровь через всю канюлю, заканчивающуюся мягкой силиконовой трубкой 3, в аорту. Сброс крови в левый желудочек не происходит, т.к. отверстия перфорации жесткого трубчатого элемента, выполненной между упорными шайбами 7 во внутренней стенке трубчатого элемента канюли со смещением в сторону упорной шайбы, дальней от штуцера диафрагменного насоса, перекрываются цилиндрическим стаканом 8. Хороший выброс крови по канюле в аорту позволяет нормализовать артериальное давление, кровообращение по сосудам сердца и центральное кровообращение всего организма.
Искусственный желудочек сердца почти или полностью разгружает левый желудочек, что позволяет ему сокращаться без нагрузки - вхолостую. При этом давление в аорте нормализуется за счет хорошего поступления крови по канюле и обеспечивает нормальное кровообращение по сосудам сердца. Это обеспечивает постепенное улучшение сократительной способности левого желудочка. Искусственный желудочек сердца используется до тех пор, пока не восстановится работа левого желудочка сердца. Нормализация естественной гемодинамики позволяет отключить наружный диафрагменный насос, удалить канюлю из аорты и левого желудочка и ушить рану на верхушке сердца и небольшой разрез тканей в 7-м межреберье слева.
Пример 2 (вариант 2)
В случае острой сердечной недостаточности, развившейся в раннем послеоперационном периоде или на операционном столе, используется аорто-желудочковая канюля, которая вводится в аорту и через аортальный клапан в левый желудочек, при этом жесткий трубчатый элемент канюли 2 соединяется мягкой трубкой 5 со штуцером рабочей камеры диафрагменного насоса 1, газовая камера которого, в свою очередь, трубопроводом или каналом 6 соединена с устройством, обеспечивающим импульсную поочередную подачу газа под давлением и создание вакуума.
В фазу систолы левого желудочка в газовой камере насоса создается вакуум и насос 1 затягивает кровь из полости левого желудочка через мягкую силиконовую трубку канюли 3 в камеру перекачиваемой крови насоса, а в фазу диастолы, т.е. расслабления левого желудочка, синхронно подает кровь через перфорацию 4 жесткого трубчатого элемента 2 канюли в аорту. Сброс крови в левый желудочек не происходит, т.к. отверстия перфорации жесткого трубчатого элемента, выполненной между упорными шайбами 7 во внутренней стенке трубчатого элемента канюли со смещением в сторону упорной шайбы, ближней к штуцеру диафрагменного насоса, перекрываются цилиндрическим стаканом 8. Хороший выброс крови по канюле в аорту позволяет нормализовать артериальное давление, кровообращение по сосудам сердца и центральное кровообращение всего организма.
Искусственный желудочек сердца почти или полностью разгружает левый желудочек, что позволяет ему сокращаться без нагрузки - вхолостую. При этом давление в аорте нормализуется за счет хорошего поступления крови по канюле и обеспечивает нормальное кровообращение по сосудам сердца. Это обеспечивает постепенное улучшение сократительной способности левого желудочка. Искусственный желудочек сердца используется до тех пор, пока не восстановится работа левого желудочка сердца. Нормализация естественной гемодинамики позволяет отключить наружный насос, удалить канюлю из аорты и левого желудочка и ушить рану на аорте и наложить кожные швы на шее больного.
Изобретение позволяет осуществить разгрузку сердца для восстановления функции миокарда при сохранении в системе кровообращения достаточно высокого артериального давления.