Чорноморський державний університет ім. Петра Могили Кафедра медичних приладів і систем	МЕДИЧНІ ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ. Акустичні та механічні медичні прилади.
«Штучні органи».	Лекція 4

Системи допоміжного кровообігу.

Апарат «штучне серце».

Перфузійні апарати.

Апарати штучного кровообігу (АШК).

Апарат «штучна нирка» (АШН).

Апарат «Допоміжна печінка» (АДП).

Апарат «Штучна ендокринна підшлункова залоза» (АШЕПЗ).

Апарати штучної вентиляції легенів (АШВЛ).

Штучні органи (ШО) – технічні засоби для тимчасової або постійної заміни функцій органів людини. ШО можна умовно поділити на такі, що:

1. Не імплантуються в організм.

2. Частково або повністю імплантуються.

За часом функціонування ШО умовно поділяються на апарати:

• Неперервної дії – постійна заміна природного органа протезом, який повністю імітує його функції, наприклад, штучне серце (ШС).

• Періодичного включення – часова заміна функції на період лікування органа до відновлення його функціональної здатності, наприклад, система допоміжного кровообігу (ДК).

В становлено, що близько 80% всіх серцевих захворювань виникають в результаті порушення роботи лівого шлуночка. До того ж вартість зарубіжних систем ДК складає від 100 до 400 тис. доларів, отже, їх придбання для більшості медичних установ практично неможлива.

Загальні вимоги до конструкції апарату штучних органів:

1. Матеріали повинні витримувати довгострокові циклічні навантаження.

2. Відсутність термоутворень.

3. Конструкція не повинна мати застійних зон, областей підвищених механічних навантажень.

4. Конструкція повинна мати мінімум поверхонь, що циклічно контактують поміж собою та тканиною, для зниження травмування елементів крові.

1. Системи допоміжного кровообігу (дк)

Спектр розроблених систем [9, с.9] є достатньо широким і продовжує рости. Існує достатньо велика кількість класифікацій систем ДК. Отже, системи ВК можна класифікувати за наступними ознаками:

Таблиця 4.1.

№	Класифікаційні ознаки	Деталі
	За типом насоса	Мембранний
		Центрифужний
		Роликовий
	За типом приводу	Електромеханічний
		Електрогідравлічний
		Електромагнітний
		Пневматичний
		Комбінований
	За ступенем автономності	Повністю автономний
		Частково автономний
	За методом підключення	Паракорпоральне
		Екстракорпоральне
		Імплантоване
	За типом джерела енергії	Радіаційний
		Літієвий та ін.
	За типом системи керування	Аналогова
		Цифрова та ін.

В кардіохірургічній клініці застосовується ще одна класифікація системи допоміжного кровообігу [9, с.9].

В загальному випадку склад системи ДК є таким (рис. 4.1):

1. Блок насоса, що імплантується, який в свою чергу складається з:

• привода – 1а,

• штучного шлуночка серця (ШШС) – 1б,

• камери повітряного компенсатора – 1в.

2. Система живлення, яка складається з:

• основного джерела живлення – 2а,

• резервного джерела живлення – 2б,

• системи через шкірної передачі енергії – 2в.

3. Система керування – 3.

В системі ДК блок, що імплантується, з’єднується з природнім серцем за допомогою з’єднувальних магістралей: з одного патрубка ШШС через магістраль кров виштовхується насосом у природне серце через аорту, а потрапляє в нього через магістраль, яка з’єднана з венозною артерією. В такий спосіб замінюється функція лівого шлуночка природного серця. У більшості випадків контролер має прямий інтерфейс із зовнішнім комп’ютером, який використовується для повного діагностування пацієнта і системи, а також для перепрограмування контролера. У розглядуваних системах ШШС і привод завжди є імплантованими. Системи управління в деяких системах є виносними і кріпиться на поясі, а в деяких – імплантованими. Система живлення може бути частково імплантованою, або не імплантованою. Так, наприклад, в системах Baylor VAS і Arrow LionHeart використовується система через шкірної передачі енергії, коли джерела енергії кріпляться ззовні, а котушки та елементи через шкірної передачі енергії – всередині організму. В інших системах (Novacor, Heart Mate) система через шкірної передачі енергії відсутня, тому акумулятори закріплюються на поясі, а передавання енергії приводу здійснюється по кабелю. Деякі системи використовують імплантовані джерела енергії, розраховані на короткий термін експлуатації. Серед систем ДК найбільш розповсюджені:

• пневматичні та гідравлічні системи (рис. 4.2) – широко використовуються для стаціонарних систем, оскільки потребують додаткових пристроїв (наприклад, компресорів), є недовготривалими, ненадійними, мають низький ККД,

• електромеханічні системи – найбільш придатні для використання в імплантованих пристроях, оскільки мають добрі властивості регулювання, високі динамічні показники при високій надійності та великому терміну служби.

Переваги та недоліки основних типів систем ДК та ШС:

Таблиця 4.2.

Вид приводу	Приклади систем	Переваги	Недоліки
Електро-	Hokkaido Tokai University,	1. Простота принципової схеми.	1. Велика кількість рухомих деталей.
механічний	Swiss M. Center Helmholtz LVAD,	2. Високий ККД.	2. Зниження терміну служби та надійності.
	Baylor Medical Center,	3. Малий шум при роботі.
	TCI HeartMate,	4. Висока керованість.
	Arrow LionHeart.
Електро-	Novacor	1. Простота конструкції.	1. Велика вага.
магнітний		2. Мала кількість рухомих деталей.	2. Обмежені можливості керування.
			3. Велика шумливість при роботі.
Електро-	HeartSaver VAD,	1. Мала кількість рухомих деталей.	1. Велика вага.
гідравлічний	Abiocor,		2. Мала надійність.
	Cleveland CorAide Thoratec IVAD	2. Можливість оптимізації об’ємної компоновки.	3. Складність конструкції.
			4. Складність керування.
Пневматичний	Thoratec Berlin Heart Medos,	1. Мала кількість рухомих деталей.	1. Мала надійність.
	CardioWest Jarvick 2000	2. Можливість оптимізації об’ємної компоновки.	2. Необхідність у додаткових зовнішніх пристроях.
			3. Складність керування.

Найбільш перспективним типом системи ДК і ШС є електромеханічний.

Системи ДК були вперше використані у клінічній практиці в 1953 р., а системи ШС – в 1960 р. (рис. 4.3), посилання на статтю. Найбільш розповсюджені системи ДК і ШС представлені в таблиці 4.3, до якої включені системи, які знайшли клінічне застосування в Європі, США, Кореї та Японії. Однак, є певний досвід розробки таких систем на теренах минулого СРСР [9, с.12].

П означення у таблиці:

МП – мішотчато-пневматичного типу.

ДП - діафрагменно-пневматичного типу.

ЕМ – електромеханічний, діафрагменного типу.

ЕГ – електрогідравлічний, мембранного типу.

П - паракорпоральне підключення.

І - імплантоване підключення.

Таблиця 4.3.

Стадія	Назва системи	Вид	Тип	Фірма-виробник
Використовуються	Novacor LVAS	І	ЕМ	World Heart Inc. (США)
у клініці	HeartMate LVAS	І	ЕМ	Thoratec Corp. (США)
	Thoratec VAD	П	ДП	Thoratec Corp. (США)
	INCOR IVAD	П	ДП	Berlin Heart AG (Германия)
	Medos	П	ДП	MEDOS (Германия)
	Toyobo	П	МП	TOYOBO (Япония)
	Zeon	П	МП	Nihon-Zeon Co. (Япония)
На стадії	CardioWest	І	ДП	SynCardia Systems Inc. (США)
клінічних	Arrow LionHeart	І	ЕМ	Thoratec Corp. (США)
випробувань	MicroMed DeBakey VAD	І	ЕМ	MicroMed Technology Inc. (США)
	Jarvik 2000	І	ДП	Jarvik Heart Inc. (США)
	HeartMate II LVAS	І	ДП	Thoratec Corp. (США)
	AB 180	І	ЕГ	ABIOMED Inc. (США)
	CardioVAD	І	ЕГ	LVAD Technologies (США)
На стадії	Thoratec IVAD	І	ЕГ	Thoratec Corp. (США)
передклінічних	HeartSaver VAD	І	ЕГ	World Heart Inc (США)
випробувань	ABIOMED AbioCor	І	ЕГ	ABIOMED Inc. (США)
	Penn State TAH	І	ЕМ	Penn State University (США)
	Terumo ILVAS	І	ЕМ	Terumo (Япония)
У розробці	Streamliner	І	ЕГ	World Heart Inc. (США)
	HeartMate XVE LVAS	І	ЕМ	Thoratec Corp. (США)
	Cleveland CorAide	І	ЕГ	SynCardia Systems Inc. (США)
	HeartQuest, Novacor II	І	ЕМ	World Heart Inc. (США)

1 HeartMate II Left Ventricular Assist System