Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

S eria pierwsza wykładów Zbigniew Nawrat e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "S eria pierwsza wykładów Zbigniew Nawrat e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE."— Zapis prezentacji:

1 S eria pierwsza wykładów Zbigniew Nawrat e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

2 Czyli o tym jak zastąpić, wspomóc niewydolne serce i płuca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

3 Serce - funkcje Pompa krwi wytwarzająca określone warunki ciśnienia i przepływu w układzie krążenia. Lewa komora pobiera krew ze źródła, przedsionka o średnim ciśnieniu 0 mmHg i wytwarza średnie ciśnienie w aorcie Pa 100 mmHg przy przepływie do kilkunastu litrów na minutę (w zależności od potrzeb organów) Amerykański projekt sztucznego serca: Założenia = elektryczne zasilane, trwałe na 5 lat, objętość wyrzutowa od 3-8 l/min e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

4 Celem mechanicznego wspomagania krążenia jest protekcja mięśnia serca i zapewnienie prawidłowej perfuzji innych narządów do czasu powrotu prawidłowej funkcji serca jako pompy, wspomaganie układu krążenia do momentu przeprowadzenia przeszczepu serca, lub jako docelowe (permanentne)mechaniczne wspomagania układu krążenia. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

5 Niektóre wskazania do mechanicznego wspomagania układu krążenia: Zespół małego rzutu serca po zabiegach kardiochirurgicznych Ostry zawał serca powikłany wstrząsem kardiogennym Krytyczne zmniejszenie rzutu serca w wyniku zaostrzenia przewlekłej niewydolności serca Ostra niewydolność serca w przebiegu ostrego zapalenia mięśnia serca Niepoddające się kontroli, uporczywe zaburzenia rytmu serca Niewydolność serca w wyniku ostrego odrzucania przeszczepionego serca U pacjentów z przewlekłą niewydolnością serca oczekujących na przeszczep serca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

6 KONTRAPULSACJA WEWNĄTRZAORTALNA e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

7 Metody mechanicznego wspomagania układu krążenia 1.Kontrapulsacja: wewnątrzaortalna kontrapulsacja balonowa aortoplastyka (z wykorzystaniem mięśnia najszerszego grzbietu) spodnie kontrapulsacyjne e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

8 2.Mechaniczne urządzenia do wspomagania komór serca (VAD, IVAD): pompy przemieszczające: — rolkowe — pulsacyjne: a) pneumatyczne: Abiomed BVS 5000, Thoratec VAD, Thoratec IVAD, Medos HIA-VAD, TCI HeartMate IP b) elektryczne: Novacor, Novacor II, TCI HeartMate VE pompy rotacyjne: — centryfugalne: Biomedicus, Sarns, St.-Jude, TCI HeartMate III, AB-180 IVAD — osiowe: Hemopump, Impella, DeBakey VAD, Jarvik 2000, TCI HeartMate II — diagonalne: DeltaStream HIA Medos AG, Microdiagonal HIA Medos AG e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

9 3.Biologiczne metody mechanicznego wspomagania układu krążenia: kardiomioplastyka przeszczep serca 4.Całkowicie sztuczne serce: Jarvik 7 (CardioWest C-70)®, Abiomed TAH®, Penn State/3M® e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

10 KONTRAPULSACJA WEWNĄTRZAORTALNA Patofizjologiczną podstawą poprawy warunków krążenia jest redukcja obciążenia następczego lewej komory serca, zwiększenie ciśnienia rozkurczowego w aorcie i wzrost ciśnienia perfuzji wieńcowej. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

11 Kontrapulsacja wewnątrzaortalna wymagania balon należy umieścić w aorcie zstępującej tuż poniżej lewej tętnicy podobojczykowej balon powinien być odpowiednio duży, tak aby podczas inflacji dochodziło niemal do zamknięcia aorty; inflacja balonu musi być zsynchronizowana z zamknięciem zastawki aortalnej deflacja balonu powinna nastąpić jak najpóźniej, aby możliwie najdłużej utrzymać wzrost ciśnienia rozkurczowego, jednak musi wystąpić przed fazą wyrzutową i otwarciem zastawki aortalnej należy pamiętać, że częstość rytmu serca, zaburzenia rytmu, średnie ciśnienie tętnicze, podatność zastawki aortalnej oraz podatność ścian aorty istotnie wpływają na efektywność kontrapulsacji wewnątrzaortalnej. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

12 Sposoby wprowadzenia balonu do kontrapulsacji wewnątrzaortalnej: przezskórne nakłucie tętnicy udowej wspólnej po chirurgicznym odsłonięciu tętnicy udowej wspólnej śródoperacyjnie przez aortę wstępujacą e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

13 Wstrząs kardiogenny Oporny na leczenia ból wieńcowy z cechami niestabilności hemodynamicznej Zespół małego rzutu po operacjach kardiochirurgicznych Chorzy z dużym ryzykiem przed zabiegami rewaskularyzacji Wpomagająco przy PCTA Kontrapulsacja wewnątrzaortalna (IABP) Wskazania

14 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Bezwzględne Niedomykalność zastawki aortalnej Ao Rozwarstwienie Ao Względne Tętniak Ao Zaawansowane zmiany miażdżycowe w tetnicach biodrowych Kontrapulsacja wewnątrzaortalna (IABP) Przeciwwskaza nia

15 Powikłania stosowania kontrapulsacji: niedokrwienie kończyny pęknięcie balonu infekcje krwawienie tętniak rzekomy tętnicy udowej e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

16 Wspomaganie komór serca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

17 Pompy przemieszczające wywołują przepływ krwi w wyniku przemieszczenia określonej jej objętości (objętość wyrzutowa pompy). Istnieją dwa rodzaje pomp p rzemieszczających: - rolkowe - pulsacyjne. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

18 Pompy rolkowe Stosuje się powszechnie w urządzeniach do hemodializy oraz podczas zabiegów kardiochirurgicznych w celu zapewnienia pozaustrojowego krążenia krwi. System ten powoduje niepulsacyjny przepływ krwi oraz wymaga zastosowania pełnej antykoagulacji. Urządzenia te można wykorzystywać zaledwie kilka do kilkunastu godzin z uwagi na to, że powodują uszkodzenie elementów morfotycznych krwi i hemolizę. Zatem wspomagania krążenia za pomocą pomp rolkowych nie stosuje się jako metody leczenia niewydolnego mięśnia sercowego. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

19 Pompy pulsacyjne Wywołują przepływ krwi dzięki cyklicznym zmianom objętości swoich komór. Zmiany te są generowane pneumatycznie, elektrycznie albo elektromagnetycznie. Tego rodzaju pompy wywołują pulsacyjny przepływ krwi, nie uszkadzając jej elementów morfotycznych. Pompy te wykorzystuje się jako metodę wspomagania krążenia u pacjentów oczekujących na przeszczep serca lub w czasie oczekiwania na transplantację. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

20 Polskie komory wspomagania serca POLVAD są stosowane klinicznie od 2003 r. w 6 ośrodkach w Polsce + 1 w Argentynie. Ponad 200 aplikacji Ponad 200 dni maksymalny czas działania u pacjenta POLVAD to membranowa komora wspomagania serca o objętości wyrzutowej 80 ml, sterowane i zasilane pneumatycznie. Info

21 Pompy rotacyjne wywołują przepływ krwi dzięki obrotowemu ruchowi wirnika pompy (siła o dśrodkowa). Wyróżnia się trzy grupy pomp rotacyjnych w zależności od kierunku, pod jakim droga wypływu jest usytuowana w stosunku do drogi napływu krwi do pompy: osiowe, diagonalne i centryfugalne, zwane też radialnymi. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

22 Pompy centryfugalne stosuje się w celu krótkotrwałego wspomagania mięśnia sercowego w przypadku zespołu małego rzutu po zabiegach kardiochirurgicznych. Pompy osiowe i diagonalne wprowadzane są do wspomagania układu krążenia jako zewnątrzustrojowe lub całkowicie wszczepialne systemy do krótko- oraz długotrwałego wspomagania komór serca, ze względu na ich małe rozmiary oraz wysoką efektywność hemodynamiczną. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

23 Zalety i wady pomp rotacyjnych Zalety pomp rotacyjnych: mniejsze rozmiary w porównaniu z pompami pulsacyjnymi,łatwiejsze do chirurgicznego wszczepienia — mniejsze ryzyko infekcji dość prosta konstrukcja — teoretycznie mniej podatne na uszkodzenia zużywające mniej energii Wady pomp rotacyjnych: aktualnie stosowane pompy osiowe wyposażono w łożyska mające kontakt z krwią — potencjalne miejsce tworzenia się materiału zatorowego wymagana długotrwała antykoagulacja powodowanie pewnego stopnia hemolizy krwinek czerwonych nieznany długotrwały efekt niepulsacyjnego przepływu krwi e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

24 Rotacyjne (odśrodkowe) Proste w obsłudze Stosunkowo niedrogie Ciągły przepływ Wymaga stałej antykoagulacji (APTT>120s) Pulsacyjne Łatwiejsze w obsłudze Bardzo drogie Pulsacyjny przepływ Wymagające mniejszej antykoagulacji Pneumatyczne lub elektromechaniczne Rodzaje pomp wspomagania serca VAD

25 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Do wspomagania krótkoterminowego (do 7 dni) System do pozaustrojowego utlenowania krwi (extracorporeal membrane oxygenation - ECMO) Pompy rotacyjne wspomagające czynność prawej lub lewej komory Podział ze względu na czas stosowania

26 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Do wspomagania średnioterminowego (od 7 dni do 3 miesięcy) Pompy pulsacyjne  ABIOMED BVS 500  POLCAS  Thoratec  Medos Podział ze względu na czas stosowania

27 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Do wspomagania długoterminowego (kilka miesięcy, lat lub na stałe) Wszczepiane częściowo  Novacor  Heart Mate  MicroMed DeBakey  Terumo Jarvik 2000  Berlin Incor Wszczepiane całkowicie  Arrow Lionheart  Abiocor Total Artificial Heart Podział ze względu na czas stosowania

28 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Leczenie pomostowe do przeszczepienia serca Niewydolność przeszczepionego serca Wstrząs po operacji kardiochirurgicznej Zapalenie mięśnia sercowego powikłane wstrząsem kardiogennym Wstrząs kardiogenny w przebiegu ostrego niedokrwienia mięśnia sercowego (VAD) Wskazania

29 Ciężka sepsa Krwawienia Istotna niedomykalność zastawki Ao Niedawny udar mózgu Ciężki uraz głowy Chorzy z przeciwwskazaniami do przeszczepienia serca, jeśli VAD miałoby służyć jako leczenie pomostowe (VAD) Przeciwskazania e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

30 Krwawienia (15-50%) Incydenty zakrzepowo – zatorowe (do 50%) Uszkodzenie urządzenia (<10%) Niewydolność nerek (do 25%) Zakażenia Hemoliza (VAD) Powikłania

31 Sztuczne serce e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

32 Sztuczne serce TAH wszczepia się do worka osierdziowego chorego podobnie jak przy wszczepianiu ludzkiego serca. Na świecie dostępne są TAH pneumatyczne (>10 modeli) oraz elektryczne (z zewnętrznym źródłem energii). Podstawowym wskazaniem do TAH jest leczenie pomostowe u chorych oczekujących na przeszczepienie serca. Najdłuższy czas przeżycia wyniósł 620 dni. W USA ok. 70% chorych, którym wszczepiono TAH, zostało poddanych transplantacji.

33 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Jarvik-7 Total Artificial Heart W 1982 roku Wiliam de Vries (USA,Utah) przeprowadził pierwszą w świecie operację wszczepienia sztucznego serca jako sztucznego organu docelowo zastępującego serce naturalne University of Utah. To permanentnie działające sztuczne serce - Jarvik 7 (konstrukcji R.Jarvika współpracującego w owym czasie z W.Kolffem.) implantowano pacjentowi B.Clark (47). Przeżył dzięki niemu 112 dni. W 13 dniu, z powodu awarii zastawki konieczna była wymiana jednej z komór. Jeszcze tylko cztery razy stosowano sztuczne serce w takim celu do 1985r. Najdłużej w historii człowiek ze sztucznym sercem żył 620dni.

34 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Jarvik-7 Total Artificial Heart Dr. Jack G. Copeland implanował Jarvik-7 pacjentowi Michael Drummond (August 29, 1985). Pacjent żył przez tydzień z TAH po czym wykonano transplantację. Był to pierwszy sukces stosowania TAH jako pomost do transplantacji. W latach 80-tych przeprowadzono w 16 centrach ponad 70 implantacji Jarvik 7 jako pomost do transplantacji.

35 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE ABIOCOR W środku AbioCora znajduje się silnik elektryczny napędzający zminiaturyzowaną pompę odśrodkową wykonującą 5-9 tys. obrotów na minutę. Napędza ona lepki płyn roboczy, podczas gdy drugi silnik steruje pracą zaworów (odpowiedników zastawek), co pozwala na cykliczne napełnianie płynem i opróżnianie dwóch dwóch zewnętrznych części mechanizmu pompującego. Gdy płyn wypełnia jego lewą sekcję, jej plastikowa membrana wybrzusza się na zewnątrz i wypycha krew z lewej komory AbioCora. W tym samym czasie opróżniana jest z płynu roboczego prawa część mechanizmu pompującego, a wówczas jego przepona odkształca się w przeciwnym kierunku (cofa się), pozwalając na napływ krwi do prawej komory sztucznego serca. Sztuczne serce ma masę około kilograma i jest zasilane mocą 20 W. Wewnętrzny akumulator, cewka indukcyjna oraz moduł kontrolny ważą również około kilograma. Litowo- jonowy akumulator noszony przy pasku pacjenta doładowuje cały czas akumulator umieszczony w jego ciele dzięiki zjawisku indukcji magnetycznej. Jako system zasilający oraz monitorujący stan pracy urządzenia może być również użyte przyłóżkowe stanowisko kontrolne.

36 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE HeartMate ® Implantable Pneumatic Left Ventricular Assist System (IP LVAS) HeartMate ® IP LVAS (Thermo Cardiosystems, Inc., Woburn MA) prowadził badania kliniczne od 1986 r. Posiada FDA od października 1994 r. IP LVAS jest wykonana ze stopu tytanu. W kaniulach wlotowej i wylotowej w tytanowych obudowach są montowane 25-mm zastawki świńskie w dacronowych graftach. Zastosowano membranę teksturowaną dla wzbudzenia adhezji komórkowej inicjującej budowę pseudoendotelium. Objętość wyrzutowa 83 ml, maksymalna częstość 140 beats/min, co daje IP LVAS 12 l/min. Max.przeżycie ponad 320dni. The HeartMate ® Vented Electric Left Ventricular Assist System HeartMate ® VE LVAS o zasilaniu elektrycznym jest testowany równolegle do systemu pneumatycznego od stycznia W 1992 implantowano pacjentowi na 503 dni. W 1994 r. pierwszy pacjent został wypisany ze szpitala do domu LVAS.

37 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Novacor Division of Baxter Healthcare Corp PITTSBURGH, May 3, 1995 – Otrzymano zgodę FDA na wypisAnie pacjenta z komorą Novacor do domu, 30 mil od centrum medycznego (University of Pittsburgh Medical Center (UPMC)). W tym czasie posiadali od 1987 największe doświadczenie (43 pacjentów, kumulacyjny czas 2,600 dni). Jarvik Heart 2000 Jarvik Heart to pompa osiowa wielkości baterii C implantowana pomiędzy komorę serca, a tętnicę. Wydajność - 6 l/min. Pompa tworzy przepływ ciągły, pulsację “dodaje” pracująca komora serca.

38 OBECNIE komory wspomagania serca są standardowym leczeniem niektórych schorzeń serca. Odkryto również, że wspomaganie serca może doprowadzić prowadzi do regeneracji serca. Sztuczne serce czeka na swoją kolejną szansę. Może w wersji …. bioinżynieryjnej. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

39 Krążenie pozaustrojowe - Perfuzja e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

40 Krążenie pozaustrojowe - Perfuzja Krążenie pozaustrojowe (perfuzja) jest techniczną metodą czasowego zastępowania pracy serca i płuc. Stosowane jest podczas operacji na otwartym sercu lub krytycznego pogorszenia hemodynamicznej pracy serca i akcji oddechowej pacjenta. Celem jest uzyskanie: - adekwatnej perfuzji narządowej i wymiany gazowej - regulacja temperatury narządowej i tkankowej - odzyskanie wynaczynionej w polu operacyjnym krwi pacjenta - protekcja zatrzymanego mięśnia sercowego (termiczna lub farmakolog.)

41 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Dr. John H. Gibbons Jr. 30 lat pracował nad systemem do perfuzji w Jefferson Medical College,Philadelphia. Model kliniczny powstał przy wsparciu IBM (fot.model Mayo-Gibbon) 16 maja 1953 wykonał pierwszą udana operację, ASD, zamknięcie otworu w przegrodzie międzyprzedsionkowej.

42 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Kaniulacja – łączenie z układem krążenia Po dokonaniu heparynizacji pacjenta umieszcza się, z dostępu przez sternotomię, kaniulę wylotową w aorcie wstępującej oraz kaniulę wlotową pompy, przez prawy przedsionek do żył głównych górnych i dolnych. W nagłych przypadkach można stosować kaniulację z dostępu udowego (tętnicę udową wspólną i żyłę udową).

43 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Pompy perystaltyczne (rolka zaciska dren): - przepływ od 0 do 10 l/min (dzieci do 2 l/min) - okluzja pompy 30 cm H 2 O - przepływ ciągły - okresowa zmiana prędkości obrotowej rolki umożliwia uzyskanie przepływu pulsacyjnego

44 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Pompy rotacyjne (siła odśrodkowa powstała przez wymuszenie ruchu wirowego krwi przez niskoprofilowe łopatki (Medtronic) lub bliskościenne stożki (Biomedicus)) - bezokluzyjne (zatrzymanie pompy powoduje przepływ wsteczny) - kilka tysięcy obrotów/min (naprężenia ścinające) - przepływ zależy od prędkości obrotowej i warunków na granicach - mała siła ssąca (jest więc stosowana jako pompa linii tętniczej) - jednorazowe głowice (koszty) Głównie są stosowane do długotrwałego wspomagania układu krążenia i oddychania.

45 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Charakterystyka oksygenatorów Spieniające bezpośredni kontakt krew-gaz - niemożność niezależnego sterowania pO 2 i pCO 2 - możliwość stosowania perfuzji pulsacyjnej - czas stosowania do 3 godz. Membranowe brak bezpośredniego kontaktu krew-gaz - możliwość niezależnego sterowania pO 2 i pCO 2 - niebezpieczeństwo zapowietrzenia (odwrócenie gradientu ciśnienia) podczas stosowania perfuzji pulsacyjnej - czas stosowania do kilkunastu godzin dla kapilarnych i kilku tygodni dla silikonowych

46 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Porównanie płuca naturalne i sztuczne (oksygenator kapilarny) płucaoksygenator powierzchnia70m m 2 odległość dyfuzji 1-2  m  m membranahydrofilnahydrofobowa długość kapilar0.5-1mm10-15cm grubość warstwy 3-7  m  m czas transportu0.7s5-15s opór dla krwimałyduży

47 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE E C M O Extracorporeal Membrane Oxygenation Pierwsze, nieudane kliniczne próby - w latach 60-tych (Rashkind,Dorson, White) Pierwsze udane zastosowanie w J.Donald Hill (przez 75 godz. wspomagał oddychanie 24 letniego pacjenta) W 1975 r. (A.R.Chapman, J.M.Toomasian, R.H.Barlet w Michgan) zastosowali skutecznie ECMO u dzieci. Spośród 50 dzieci z 100% grupy ryzyka 66% przeżyło.

48 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Do 80% rzutu serca jest przejmowane przez ECMO. Normalnie CO dzieci jest ok.120 ml/kg. Dziecko 3 kg wspomagane przez ECMO wymaga 150 do 180 ml/kg rzutu. Naturalne warunki : pO 2 w żyle 35 w arterii 100 mmHg Sat w żyle 75% w arterii 99%

49 Zastawki serca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

50 Zastawki serca Funkcje Zawór jednokierunkowego przepływu, szczelny, niezawodny, czas zamknięcia poniżej 50ms, gradient ciśnienia kilka mmHg, regurgitacja < 10%

51 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE I. Zastawki mechaniczne. Obecnie lekarze stosują z wyboru zastawki mechaniczne z uchylnym jednym (od 1969 r) lub dwoma dyskami (od 1979 r). Pierwszą w historii wszczepioną zastawka mechaniczną byłą, w 1960r., zastawka kulowa Star- Edwards II. Zastawki biologiczne - ( homografty, stentowe lub bezstentowe, wykonane z tkanki zwierzęcej lub ludzkiej).

52 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE II, 1. Zastawki biologiczne jednogatunkowe: -Zastawka aortalna. Homograft aortalny, po raz pierwszy wszyty przez Rossa w 1962r., to odcinek aorty wstępującej wraz z zastawką aortalną. - Zastawka płucna. Wyciętą zastawkę płucną chorego można wszyć w miejsce uszkodzonej zastawki aortalnej (operacja Rossa u dzieci daje szansę w pełni żywej, rosnącej zastawki).

53 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE II, 2. Utrwalane chemicznie zastawki biologiczne stentowe ( tzn. w sztywnej lub półsztywnej oprawie). Od 1968 r (zastawka Carpentier-Edwards) stosuje się klinicznie konserwowane chemicznie zastawki serca wykonane z tkanki uzyskanej ze zwierząt. II, 3.Zastawki bezstentowe II. 4 Zastawki na stentach rozprzężalnych

54 Płuca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

55 Płuca: - czynność fizjologiczna płuc polega na wymianie gazowej między atmosferą i krwią (niezbędne dla utrzymania przemian metabolicznych w ustroju) Proces wymiany gazowej trwa w pęcherzyku płucnym tlenu s CO s

56 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Oddychanie zachodzi w płucach dzięki biernemu ruchowi klatki piersiowej. W schorzeniach charakteryzujących się porażeniem mięśni kończyn i przepony (np. po drugiej wojnie światowej, pacjenci po przebyciu ch.Heinego-Medina, spowodowanej przez wirus grypy Polio) stosowano „żelazne płuca”. Ciało pacjenta było ułożone w zamkniętym aparacie, szczelnie domkniętym na szyi pacjenta. W komorze wymuszano pulsacyjne zmiany ciśnienia, które unosiły klatkę piersiową pacjenta.

57 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Respiratory (wentylatory płucne) – to sztuczne narządy zapewniające oddech kontrolowany poprzez mechaniczną (wytworzenie zmiennej różnicy ciśnień) wymianę w płucach powietrza o zadanym stężeniu gazów. Dla utrzymania wymiany między często sztucznie przygotowaną mieszaniną gazów i krwią wykorzystane są własne błony półprzepuszczalne ustroju, bariera pęcherzykowo-kapilarna.

58 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Podstawowe elementy budowy respiratorów: Mieszalnik gazów (ustalenie składu gazów) Stabilizator ciśnienia (przepływ gazów w fazie wdechu) Zawory (ustalają kierunek przepływu) Układ sterowania przetwornikami ciśnienia i przepływu

59 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Elementy podlegające sterowaniu: - objętość oddechu (TV) - częstość oddechu (F) - stężenie mieszaniny gazowej Wentylacja minutowa MV = TV * F Od objętości oddechu zależy ciśnienie szczytowe (PIP), co wynika z właściwości sprężystych tkanki płucnej. Ciśnienie w płucach zależy również od podatności całkowitej (tkanki płucnej i klatki piersiowej )

60 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE P-pacjent, M-mieszalnik gazów, S.C.-stabilizator ciśnienia, Z.WD-zawór wdechowy, ZZ-zawór zwrotny, PEEP-zawór dodatniego ciśnienia końcowo wydechowego, N- nawilżacz, PP-przetwornik ciśnienia, PV-przetwornik przepływu, S-układ sterowania respiratora, M+A-monitirowanie i alarmy Sztuczne Narządy Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna. red. J.Nałęcz

61 Respirator umożliwia zastąpienie własnego oddechu pacjenta (wentylacja kontrolowana) lub wspomaganie jego aktywności oddechowej (wentylacja wspomagana). Nowoczesne respiratory pozwalają na precyzyjne ustawienie wielu parametrów oddychania, takich jak: częstość i objętość oddechów, ciśnienie w drogach oddechowych czy stężenie tlenu w mieszaninie oddechowej. e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

62 Tryby wentylacji Tryb ręczny Oddech spontaniczny CMV/IPPV - stała wentylacja wymuszona SIMV - zsynchronizowana przerywana wentylacja wymuszona VCV – wentylacja kontrolowana objętością PCV – wentylacja kontrolowana ciśnieniem PSV – wentylacja spontaniczna wspomagan ciśnieniem VTV – wentylacja z osiągana objętością e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

63 Tryby wentylacji SPAP – wentylacja na dwóch poziomach dodatniego ciśnienia CPAP/PEEP – stałe dodatnie ciśnienie w drogach oddechowych HFOV – wentylacja oscylacyjna NVI – ujemna impedancja respiratorowa PVI – dodatnie impedancja respiratorowa PAV – wentylacja proporcjonalnie wspomagająca e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

64 KREW e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

65 Funkcje krwi; dystrybucja materii i informacji: - dystrybucja tlenu do tkanek - odbiór dwutlenku węgla z tkanek - eliminacja metabolitów z nerek - neutralizacja obcych biologicznych czynników - dyssypacja energii produkowanej w tkankach w czasie procesów metabolicznych

66 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Hemoglobina była rozpatrywana jako potencjalny nośnik tlenu z powodu bardzo dobrej pojemności przenoszenia tlenu. Eksperyment przeprowadzony przez Ponfick’a (1875) doprowadził do pierwszej infuzji wolnej hemoglobiny (stroma free hemoglobin) człowiekowi w Pierwsze preparaty były surowymi, nieoczyszczonymi hemolizatami RBC, które powodowały szereg komplikacji: DIC (rozsiane wykrzepianie wewnątrznaczyniowe), toksyczność nerek, reakcje anafilaktyczne (nadwrażliwość).

67 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Dopiero w 1967 r. Rabiner pokazał, że fragmentu zrębu RBC są toksyczne i powrócono do hemoglobiny jako substytutu krwi. Wprowadzenie hemoglobiny wolnej od zrębu eliminuje wiele problemów z toksycznością roztworów zastępczych.Wczesne problemy z dysocjacją naturalnej hemoglobiny na dimery i ich szybkie wydzielenie przez nerki, jest rozwiązywany teraz przez sieciowanie, polimeryzację, wiązanie z dekstranem i glikolem polietelynowym. Techniki rekombinacji DNA są również badane dla osiągnięcia molekuł o pożądanych własnościach.

68 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Preparacja ma usunąć zręby i endotoksyny bakteryjne. By zwiększyć czas życia Hb łączy się ja w duże cząsteczki z albuminami lub dekstranem. Ponieważ HB jest białkiem, rozpuszczona w postaci wolnej w osoczu ma wpływ na ciśnienie onkotyczne (prawidłowe ciśnienie koloidoosmotyczne (białka) wynosi 3.3kPa a osmotyczne płynów ustrojowych wynosi 723,8kPa). Dlatego uważa się, że stężenie Hb nie powinno być większe niż 70 g/L. W normalnej krwi jest dwa razy więcej Hb więc to ogranicza zastosowanie tego preparatu jako jej zastąpienie.

69 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE By zwiększyć stężenie wolnej Hb zamyka się ją w kapsułach wykonanych z syntetycznych polimerów, usieciowanych białek, związków fosfolipidowo- choresterolowych itp. To pozwala na wprowadzenie tak ważnych dla procesu wymiany tlenowej związków 2,3- DPG i ATP. Czas połowicznego życia osiąga wtedy 20 godzin po transfuzji. 2,3 – DPG to pośredni metabolit w przebiegu glikolizy beztlenowej. Wpływa na krzywą uwalniania tlenu z hemoglobiny, zwiększając podaż tlenu do tkanek. ATP- adenozynotrifosforan –główny związek w przenoszeniu energii w komórce. W lecznictwie stosowany jako sól sodowa – doustnie podany rozszerza krótkotrwale naczynia krwionośne.

70 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Perfluoroweglany były badane intensywnie od lat 70-tych. Emulsja z perfluorodecalinu (nazwa handlowa Fluosol- DA prod. Green Cross Corp. of Japan) była stosowana u ludzi ale nie otrzymał FDA (fałszowanie wyników klinicznych). Obecnie Fluosol-DA ma ograniczone dopuszczenie FDA do stosowania natleniania serca w czasie angioplastyki wieńcowej. Natleniony Fluosol jest perfundowany przez kateter w czasie inflacji balonu. Flusol musi być przechowywany w stanie mrożenia by nie aglomerował, w czasie transfuzji musi być mieszany. Oxygent jest emulsją perfluroctyl bromku Jest badany na ludziach ale nie ma FDA. Oxygent jest zdolny przenosić 4 razy więcej tlenu niż Flusol i nie musi mieć specjalnych warunków przechowywania.

71 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE PFC nawet jeżeli może przenieść tyle samo tlenu jak RBC ma ograniczenia spowodowane tym, ze tylko maksymalne stabilne stężenie PFC to 20-25%. 20% PFC w równowadze z powietrzem w pokoju (16% O2) niesie mniej niż 1 mL/100 mL O2 co daje mniej niż 5% tego co krew. Zwiększając stężenie O2 do 100% osiągniemy maximum 5 mL/100 mL (poniżej fizjologicznych wymagań). PFC o stężeniu ponad 20% jest za bardzo lepki i nie nadaje się jako substytut krwi.

72 e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE Lepkość zależy od stężenia Wzór Einsteina (dobry do c<1%)  =  0 ( c) Dla roztworów o c do 40%  =  0 / ( c) =  0 (1+2.5c c )

73 Trzustka Trzustka jest gruczołem składającym się zarówno z części wewnątrzwydzielniczej (hormonalnej) jak i zewnątrzwydzielniczej (trawiennej). e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE

74 Komórki wchodzące w skład części trzustki produkującej hormony są zgromadzone w skupiskach nazywanych wyspami trzustkowymi lub wyspami Langerhansa. Liczbę wysp ocenia się na 1-3 milionów, a stanowią one zaledwie około 2% całkowitej masy tego narządu. Komórki wchodzące w skład wysp trzustkowych : komórki B (beta) - produkują insulinę komórki A (alfa) - produkują glukagon inne typy komórek produkujące somatostatyna

75 Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i jego asystenta Charlesa Besta. W 1923 za odkrycie insuliny Banting otrzymał Nagrodę Nobla. Kolejną nagrodę Nobla związaną z insuliną odebrał w 1958 r. Frederick Sanger, który cztery lata wcześniej ustalił sekwencję aminokwasową insuliny. Insulina

76 W 1958 r. zsyntetyzowano ją chemicznie. W 1969 Dorothy Crowfoot Hodgkin za pomocą krystalografii rentgenowskiej ustaliła budowę przestrzenną insuliny. Insulina była też pierwszym lekiem wytworzonym metodami inżynierii genetycznej (została zaakceptowana do stosowania u ludzi w 1982). Inżynieria genetyczna dostarczyła insulinę działającą szybko (zażywaną w czasie posiłku). Klasyczna insulina powinna być zażyta na ½ godziny przed posiłkiem.

77 Cukrzyca jako choroba cywilizacyjna Na cukrzycę cierpi ok. 800 tys. Polaków, w Europie - 10 mln ludzi. Najtrudniejsza do leczenia i zarazem najbardziej dokuczliwa dla chorych jest cukrzyca typu 1., która uzależnia ich od stałego przyjmowania insuliny. Mimo wprowadzenia na rynek dobrze oczyszczonych insulin, problemem klinicznym są nadal powikłania cukrzycy: niedokrwienie kończyn, zaburzenia wzroku. Zaniedbanie regularnego przyjmowania insuliny może doprowadzić chorego do śmierci.

78 Etiopatogeneza cukrzycy Przyczyny cukrzycy, czyli jej etiologia, są zróżnicowane i między innymi z tego też punktu widzenia dzieli się ją na 3 typy. Przyczyną cukrzycy typu 1, zwanej dawniej cukrzycą młodzieńczą, jest stopniowe i całkowite (w większości przy­ padków) zniszczenie wydzielających insulinę komórek B wysp trzustkowych podczas procesu autoimmunizacji, wywołanego prawdopodobnie zakażeniem wirusowym (wirus Coxsackie B4) lub nie zidentyfikowanymi substancjami chemicznymi. W tym typie cukrzycy deficyt insuliny endogennej jest całkowity, leczenie insuliną jest konieczne od samego początku choroby i dlatego określa się go mianem cukrzycy insulinozależnej. Stanowi ona około 10% wszystkich przypadków cukrzycy.

79 Cukrzyca typu 2, zwana dawniej cukrzycą dorosłych, ponieważ ujawnia się zwykle po 40, a najczęściej po 50 roku życia jest uwarunkowana swoistą dla tej choroby konstelacja genetyczną. Mechanizm, w jaki zmutowane geny powodują wystąpienie choroby, nie jest ostatecznie wyjaśniony, wiele jednak przemawia za tym, że ta transmisja genetyczna sprowadza się do zaburzenia wydzielania insuliny przez komórki B wysp trzustkowych oraz do zmniejszenia efektywności tego hormonu wskutek pojawienia się w tkankach zmniejszonej wrażliwości na jego działanie (insulinooporności).

80 Metody leczenia cukrzycy typu 1 Stosowanie immunosupresji (azatiopryna, cyklosporyna, amid kwasu nikotynowego) Przeszczep trzustki Przeszczep izolowanych wysp trzustkowych Rozwiązania hybrydowe Systemy biochemiczne Biomechaniczna sztuczna trzustka

81 Przeszczep trzustki Wskazanie: cukrzyca z niewydolnością nerek w fazie końcowej, w której planowany jest przeszczep nerki po przeszczepie dochodzi do zahamowania progresji neuropatii ruchowej, czuciowej i autonomicznej regresja zmian w mezangium i pogrubienie błony podstawnej kłębuszków w ciągu 10 lat po osiągnięciu prawidłowych wartości glikemii po przeszczepie zadowolenie pacjentów

82 PRZESZCZEP Pierwszy przeszczep trzustki na świecie został przeprowadzony przez Lillehei’a i Kelly’ego w 1966 w Stanach Zjednoczonych w Mineapalis Pierwszy udany przeszczep trzustki w Polsce wykonał profesor Jacek Szmidt wraz z zespołem 4 lutego 1988 w Klinice Chirurgii Ogólnej, Naczyniowej i Transplantacyjnej Akademii Medycznej w Warszawie pr Najczęstszym wskazaniem do transplantacji trzustki jest cukrzyca typu 1 powikłana schyłkową niewydolnością nerek na tle nefropatii cukrzycowej

83 Przeszczep izolowanych wysp trzustkowych Procedura pozyskiwania wysp trzustkowych polega na kaniulacji przewodu trzustkowego, a następnie wstrzyknięciu do niego kolagenazy, która oddziela wyspy od komórek egzokrynnych i tkanki przewodowej. Następnie wyspy są oczyszczane w procesie wysokogradientowego wirowania. Potencjalnym miejscem docelowym dla izolatu jest wątroba, śledziona, torebka nerki, jądra, mózg czy jama otrzewnowa ! leki immunosupresyjne wykazują działania niepożądane na komórki beta trzustki ! przeszczepione do wątroby komórki wysp trzustkowych nie są w stanie wydzielać glukagonu w okresie hipoglikemii

84 Rozwiązania hybrydowe-biologiczna sztuczna trzustka transplantacja mikro- lub makro- opłaszczonych wysp trzustkowych, przy których nie ma konieczności podawania leków immunosupresyjnych Możliwość zastosowania do transplantacji opłaszczonych wysp trzustkowych odzwierzęcych (np. świńskich) Opłaszczająca wyspy membrana polimerowa powinna być przepuszczalna dla tlenu, substancji odżywczych, elektrolitów, glukozy i insuliny ale także praktycznie nieprzepuszczalna dla składników układu immunologicznego biorcy, takich jak przeciwciała czy komórki uczestniczące w odpowiedzi immunologicznej ! powikłania

85 Systemy biochemiczne implantowane dozowniki insuliny Np. system wykorzystujący wiązanie białka konkawaliny A z glikowaną insuliną (wstępne badania przeprowadzonona psach) W tej chwili w nowych technologiach stosowane są inteligentne polimery. Polimer, którego struktura rozszerza się w momencie, gdy glikemia rośnie, i kurczy się gdy glikemia spada, w związku z tym wielkość uwalniania insuliny jest uzależniona od przebiegów glikemii ! Wada

86 Biomechaniczna sztuczna trzustka system typu pompa – czujnik Glukometr – cechy długotrwałą dokładnością możliwością wielokrotnego pobierania i badania próbek krwi biokompatybilnością niedrogi i wygodny w kalibracji Pompa insulinowa – cechy umożliwia pompowanie, magazynowanie i uwalnianie insuliny mała niedroga biokompatybilna trwała

87 Największe znaczenie praktyczne mają próby zapobiegania powikłaniom cukrzycy za pomocą przeszczepienia trzustki. Metoda ta umożliwiałaby bowiem ciągle kontrolowanie gospodarki węglowodanowej, a zatem niedopuściłaby do powstawania zmian biostrukturalnych, które prowadzą do tak groźnych powikłań, jak niewydolność nerek, zaburzenia neurologiczne oraz utrata wzroku. Z wielu względów przeszczepienie całej trzustki, która zawiera oprócz elementów endokrynnych również i inne tkanki związane z jej czynnością egzokrynną oraz ma bardzo małe rezerwy, napotyka na duże trudności techniczne i terapeutyczne. Stąd powstała idea przeszczepiania wyosobnionych wysp Langerhansa, ktore regulują gospodarkę węglowodanową

88 Średnia masa ludzkiej trzustki wynosi 100 g, 1% tej wielkości to tkanka węwnątrzwydzielnicza, wystarczy zaś tylko jej dziesiąta część do leczenia cukrzycy. Jednym z podstawowych problemów przy transplantacji trzustki jest jej wysoka immunogenność, a co za tym idzie, konieczność stosowania immunosupresji. Wydaje się, że trudność tę można pokonać poprzez stosowanie tzw. sztucznej bądź hybrydowej trzustki (ang. bioartificial pancreas). Określenie sztuczny organ oznacza połączenie żywej tkanki, spełniającej wszystkie swoje funkcje biologiczne (np. sekrecja insuliny przez wyspy trzustkowe czy właściwości detoksyfikacji hepatocytow) ze sztucznymi tworami, które osłaniają je przed niekorzystnym działaniem systemu immunologicznego biorcy.

89 Istnieją dwa rodzaje sztucznych trzustek: zewnątrznaczyniowe naczyniowe. W pierwszym przypadku komórki są umieszczone w komorze dyfuzyjnej, mikrokapsułkach, fragmentach kapilar, które wszczepia się do organizmu biorcy. Drugi rodzaj to moduły kapilarne lub U-pętle, które przyłącza się do krwiobiegu jako przetokę tętniczo- żylną. Idealna sztuczna trzustka nie istnieje — głównym problemem jest uzyskanie błony obojętnej biologicznie.

90 Do opłaszczania wysp trzustkowych w IBIB PAN próbowano stosować albuminy i albuminy utwardzanej glutaraldehydem. Błony w formie płaskiej, wszczepione szczurom podskórnie dawały niestety odczyny zapalne. Obecnie jest sprawdzana nowa membrana (utworzona z protaminy i heparyny). Jest ona przepuszczalna dla glukozy i insuliny, natomiast nie przechodzą przez nią: ludzka albumina i gamma-globulina. Wstępne badania wykazały, że półroczna obecność pustych mikrokapsułek w otrzewnej szczura nie powodowała stanów zapalnych, zdecydowana zaś większość kuleczek była nienaruszona. Kolejnym etapem doświadczeń będą przeszczepy opłaszczonych wysp do szczurów z wywołaną cukrzycą w celu przekonania się, czy istnieje dostateczna wymiana pomiędzy płynami tkankowymi a wnętrzem kapsułek. Niewątpliwa zaletą stosowania kapsułek lub innych form sztucznej trzustki byłaby możliwość ksenogenicznych transplantacji, co w związku z ograniczona liczba dawców trzustek wśród ludzi jest sprawa niebagatelną.

91 Izolowane z trzustki wysepki Langerhansa, w postaci makrokapsułek zostały już wszczepione człowiekowi w 1994 r. przez Soon-Shionga. Normoglikemia utrzymywała się przez 3 miesiące. Doświadczenia te powtarzano w laboratoriach Kanady i Szwajcarii, jednak brak jest doniesień o rutynowym ich stosowaniu. W POLSCE doswiadczenia prowadzono przez zespół Politechniki Łódzkiej (kapsuła wielokomorowa)oraz IBiB PAN w Warszawie.

92 Wśród różnych stosowanych powszechnie metod terapii cukrzycy ciągły podskórny wlew insuliny realizowany za pomocą noszonego dozownika w sposób najlepszy naśladuje fizjologiczny rytm wydzielania tego hormonu.

93 1. pompa dozująca 2. blok elektroniczny (który zawiera programowany układ sterowania i układy alarmowe), 3. zbiornik leku, 4. źródło energii 5. cewnik wyjściowy wraz z zestawem przewodów łączących. Dozowniki insuliny działające w otwartym układzie sterowania W opracowywanych dozownikach insuliny można wyodrębnić dwa podstawowe rodzaje rozwiązań: konstrukcje noszone i implantowane. Noszone dozowniki insuliny składają się z pięciu zasadniczych podzespołów.

94 Warunki jakie powinny spełniać urządzenia dozujące insulinę: małe wymiary i masa mały pobór mocy szeroki zakres programowania prędkości,,stałego" podstawowego wlewu insuliny oraz prędkości wlewów dodatkowych długotrwała niezawodność wysoka dokładność dozowania bezpieczeństwo infuzji.

95 Terapia genowa Dzięki zastosowaniu metod inżynierii genetycznej możemy zmusić dowolna komórkę organizmu do produkcji insuliny. Podając doustnie wektory wirusowe zawierające sekwencje insuliny możemy zmusić komórki nabłonka jelit do produkcji insuliny. Przez odpowiedni dobór wirusa możemy zarażać wybrane rodzaje komórek, zdolne do odpowiedzi na wysoki poziom glukozy. Terapia genowa może być wykorzystana do zapobiegania nowym przypadkom cukrzycy poprzez leczenie zaburzeń immunologicznych wywołujących niszczenie komórek beta wysp trzustkowych. Dzięki metodom inżynierii genetycznej możemy tak zmodyfikować własne komórki pnia chorego aby mimo różnicowania w prawidłowe komórki danego posiadały zdolność do produkcji insuliny w odpowiedzi na wysokie stężenia glukozy

96 KONIEC SERII PIERWSZEJ WYKŁADÓW DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ ZAPRASZAM DO TESTU PRÓBNEGO e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE


Pobierz ppt "S eria pierwsza wykładów Zbigniew Nawrat e-nawrat SZTUCZNE NARZĄDY I ROBOTY MEDYCZNE."

Podobne prezentacje


Reklamy Google