Fyzici vytvořili pro novorozence vnější umělé plíce. Připojení k ventilátoru - indikace a provedení Odhadované výhody a nevýhody umělé krve
To, že foukání vzduchu do plic dokáže člověka oživit, je známo už od starověku, ale pomocná zařízení se k tomu začala vyrábět až ve středověku. V roce 1530 Paracelsus poprvé použil ústní kanál s koženými měchy určenými k rozdmýchávání ohně v krbu. O třináct let později publikoval Vesaleus svou práci „O struktuře lidského těla“, ve které zdůvodnil výhody ventilace plic trubicí zavedenou do průdušnice. A v roce 2013 výzkumníci z Case Western Reserve University vytvořili prototyp umělé plíce. Zařízení využívá čištěný atmosférický vzduch a nevyžaduje koncentrovaný kyslík. Struktura přístroje připomíná lidské plíce se silikonovými kapilárami a alveoly a funguje na mechanické pumpě. Biopolymerní trubičky napodobují větvení průdušek do bronchiolů. Do budoucna se plánuje vylepšení přístroje s ohledem na stahy myokardu. Mobilní zařízení s vysokou pravděpodobností může nahradit transportní ventilátor.
Rozměry umělé plíce jsou až 15x15x10 centimetrů, chtějí se svými rozměry co nejvíce přiblížit lidskému orgánu. Obrovská oblast plynu difuzní membrána poskytuje 3-5násobné zvýšení účinnosti výměny kyslíku.
Zařízení je v současné době testováno na prasatech, ale testy již prokázaly jeho účinnost při léčbě respiračního selhání. Zavedení umělé plíce pomůže eliminovat potřebu masivnějších transportních ventilátorů, které pracují s výbušnými kyslíkovými lahvemi.
Umělá plíce umožňuje aktivovat pacienta jinak odkázaného na lůžkovou jednotku intenzivní péče nebo transportní ventilátor. A s aktivací se zvyšuje šance na uzdravení a psychický stav.
Pacienti čekající na dárcovskou transplantaci plic musí většinou strávit dlouhou dobu v nemocnici na umělém okysličovacím přístroji, pomocí kterého můžete pouze ležet na lůžku a sledovat, jak za vás přístroj dýchá.
Projekt umělé plíce, schopné protetického selhání dýchání, dává těmto pacientům šanci na rychlé uzdravení.
Přenosná sada umělých plic obsahuje samotné plíce a krevní pumpu. Autonomní provoz s platností až tři měsíce. Malé rozměry přístroje umožňují nahradit transportní ventilátor zdravotnické záchranné služby.
Provoz plic je založen na přenosné pumpě, která obohacuje krev o vzdušné plyny.
Někteří lidé (zejména novorozenci) nevyžadují dlouhodobý přísun vysoce koncentrovaného kyslíku pro jeho oxidační vlastnosti.
Další nestandardní obdobou mechanické ventilace používané u těžkých míšních poranění je transkutánní elektrická stimulace bráničních nervů („phrenicus stimulation“). Byla vyvinuta transpleurální masáž plic podle V.P. Smolnikova - vytvoření stavu pulzujícího pneumotoraxu v pleurálních dutinách.
Těžké poruchy dýchání vyžadují okamžitou pomoc v podobě nucené větrání plíce. Ať už je selhání samotných plic nebo dýchacích svalů naprostou nutností pro připojení komplexního zařízení k nasycení krve kyslíkem. Různé modely přístroje umělé plicní ventilace - nedílné vybavení intenzivní péče nebo resuscitačních služeb, nezbytné pro udržení života pacientů, u kterých se rozvinuly akutní respirační poruchy.
V nouzových situacích je takové vybavení samozřejmě důležité a nezbytné. Jako prostředek pravidelné a dlouhodobé terapie však bohužel není bez nevýhod. Například:
- potřeba neustálého pobytu v nemocnici;
- trvalé riziko zánětlivých komplikací způsobených použitím pumpy k přívodu vzduchu do plic;
- omezení v kvalitě života a nezávislosti (nehybnost, neschopnost normálně jíst, potíže s řečí atd.).
Umožňuje odstranit všechny tyto obtíže a zároveň zlepšit proces saturace krve kyslíkem. inovačního systému umělá plicní iLA, jejíž resuscitační, terapeutické a rehabilitační využití dnes nabízejí kliniky v Německu.
Zvládání poruchy dýchání bez rizika
Systém iLA je zásadně odlišný vývoj. Jeho působení je mimoplicní a zcela neinvazivní. Poruchy dýchání lze překonat bez nucené ventilace. Schéma saturace krve kyslíkem se vyznačuje následujícími slibnými inovacemi:
- nedostatek vzduchového čerpadla;
- nepřítomnost invazivních („implantovaných“) zařízení v plicích a dýchacích cestách.
Pacienti, kteří dostávají umělé plíce iLA, nejsou vázáni stacionární zařízení a nemocničním lůžku se mohou normálně pohybovat, komunikovat s ostatními lidmi, jíst a pít samostatně.
Nejdůležitější výhoda: není nutné uvádět pacienta do umělého kómatu s podporou umělého dýchání. Použití standardních mechanických ventilačních přístrojů v mnoha případech vyžaduje „vypnutí“ pacienta v komatu. Proč? Ke zmírnění fyziologických účinků respirační deprese plic. Bohužel je to fakt: ventilátory tlumí plíce. Čerpadlo dodává vzduch dovnitř pod tlakem. Rytmus přívodu vzduchu reprodukuje rytmus dechů. Ale při přirozené inhalaci se plíce roztahují, v důsledku čehož v nich klesá tlak. A u umělého vchodu ( vynucené podrobení vzduch), tlak se naopak zvyšuje. To je ten utlačující faktor: plíce jsou ve stresovém režimu, což způsobuje zánětlivou reakci, která se ve zvlášť těžkých případech může přenést na další orgány – například játra nebo ledviny.
To je důvod, proč jsou dva faktory prvořadé a stejně důležité při používání pumpových respiračních podpůrných zařízení: naléhavost a opatrnost.
Systém iLA, zatímco rozšiřuje škálu výhod v umělé podpoře dýchání, eliminuje související nebezpečí.
Jak funguje stroj na saturaci krve kyslíkem?
Název „umělé plíce“ má v tomto případě zvláštní význam, protože systém iLA funguje zcela autonomně a není funkčním doplňkem vlastních plic pacienta. Ve skutečnosti se jedná o první umělou plíci na světě v pravém slova smyslu (nikoli plicní pumpu). Neventilují se plíce, ale samotná krev. Aplikovaný membránový systém nasycení krve kyslíkem a odstraněním oxidu uhličitého. Mimochodem, na německých klinikách se tomuto systému říká membránový ventilátor (iLA Membranventilator). Krev je do systému dodávána přirozeně, silou komprese srdečního svalu (a nikoli membránovou pumpou, jako u přístroje srdce-plíce). Výměna plynů probíhá v membránových vrstvách aparátu přibližně stejným způsobem jako v plicních sklípcích. Systém skutečně funguje jako „třetí plíce“, která ulevuje nemocným dýchacím orgánům pacienta.
Přístroj pro výměnu membrán (samotná „umělá plíce“) je kompaktní, měří 14 x 14 centimetrů. Pacient nosí přístroj s sebou. Krev se do něj dostává katétrovým portem – speciálním napojením na stehenní tepnu. K připojení zařízení není nutný žádný chirurgický zákrok: port se zavádí do tepny podobně jako jehla injekční stříkačky. Spojení je provedeno v oblasti třísel, speciální konstrukce portu neomezuje pohyblivost a nezpůsobuje pacientovi vůbec žádné nepříjemnosti.
Systém lze používat bez přerušení po poměrně dlouhou dobu, až jeden měsíc.
Indikace pro použití iLA
V zásadě se jedná o jakékoli poruchy dýchání, zejména chronické. Výhody umělé plíce jsou nejzřetelnější v následujících případech:
- chronická obstrukční plicní nemoc;
- syndrom akutní dechové tísně;
- poranění dýchacích cest;
- tzv. odvykací fáze: odstavení od ventilátoru;
- podpora pacienta před transplantací plic.
Obsah
Při poruše dýchání je pacientovi poskytnuta umělá nebo umělá ventilace. Používá se k podpoře života, když pacient nemůže sám dýchat nebo když leží na operačním stole v narkóze, která způsobuje nedostatek kyslíku. Existuje několik typů mechanické ventilace – od jednoduché manuální až po hardwarovou. První z nich zvládne téměř každý, zatímco druhý vyžaduje pochopení konstrukce a pravidel používání lékařského vybavení.
Co je to umělá ventilace
V medicíně je mechanická ventilace chápána jako umělé vhánění vzduchu do plic za účelem zajištění výměny plynů mezi nimi životní prostředí a alveoly. Umělou ventilaci lze použít jako resuscitační opatření při vážných problémech se spontánním dýcháním nebo jako prostředek ochrany před nedostatkem kyslíku. K poslednímu stavu dochází během anestezie nebo spontánních onemocnění.
Formy umělé ventilace jsou hardwarové a přímé. První využívá k dýchání směs plynů, která je do plic pumpována přístrojem přes endotracheální trubici. Přímá zahrnuje rytmické stlačování a roztahování plic k zajištění pasivního nádechu a výdechu bez použití přístroje. Pokud se použije „elektrická plíce“, svaly jsou stimulovány impulsem.
Indikace pro mechanickou ventilaci
Pro umělé větrání a údržbu normální fungování plíce existují indikace:
- náhlé zastavení krevního oběhu;
- mechanická asfyxie dýchání;
- poranění hrudníku a mozku;
- akutní otravy;
- prudký pokles krevní tlak;
- kardiogenní šok;
- astmatický záchvat.
Po operaci
Endotracheální trubice přístroje pro umělou ventilaci se zavádí do plic pacienta na operačním sále nebo po porodu z něj na jednotku intenzivní péče nebo na oddělení pro sledování stavu pacienta po anestezii. Cíle a cíle potřeby mechanické ventilace po operaci jsou:
- odstranění vykašlávání sputa a sekretu z plic, což snižuje výskyt infekčních komplikací;
- snížení potřeby podpory kardiovaskulárního systému, snížení rizika dolní hluboké žilní trombózy;
- vytvoření podmínek pro výživu sondou, aby se snížil výskyt gastrointestinálních potíží a vrátila se normální peristaltika;
- snížení negativního účinku na kosterní svaly po delším působení anestetik;
- rychlá normalizace mentálních funkcí, normalizace spánku a bdění.
Na zápal plic
Pokud se u pacienta rozvine těžký zápal plic, vede to rychle k rozvoji akutního respiračního selhání. Indikace pro použití umělé ventilace pro toto onemocnění jsou:
- poruchy vědomí a psychiky;
- snížení krevního tlaku na kritickou úroveň;
- přerušované dýchání více než 40krát za minutu.
Umělá ventilace se provádí v časných stádiích onemocnění, aby se zvýšila účinnost a snížilo se riziko úmrtí. Mechanická ventilace trvá 10-14 dní, tracheostomie se provádí 3-4 hodiny po zavedení rourky. Pokud je pneumonie masivní, provádí se s pozitivním tlakem na konci výdechu (PEEP), aby se zlepšila distribuce plic a snížil se žilní zkrat. Spolu s mechanickou ventilací se provádí intenzivní antibiotická terapie.
Na mrtvici
Připojení ventilátoru při léčbě cévní mozkové příhody se považuje za rehabilitační opatření pro pacienta a je předepsáno, když je indikováno:
- vnitřní krvácení;
- poškození plic;
- patologie v oblasti respiračních funkcí;
- kóma.
Při ischemickém nebo hemoragickém záchvatu jsou pozorovány potíže s dýcháním, které je obnoveno ventilátorem, aby se normalizovaly ztracené mozkové funkce a poskytl buňkám dostatek kyslíku. Umělé plíce jsou umístěny v případech mrtvice po dobu až dvou týdnů. Během této doby se mění akutní období onemocnění a snižuje se otok mozku. Co nejdříve se musíte zbavit mechanického větrání.
Typy ventilace
Moderní metody umělé ventilace jsou rozděleny do dvou podmíněných skupin. Jednoduché se používají v naléhavých případech a hardwarové se používají v nemocničním prostředí. První lze použít, když člověk nemá spontánní dýchání, má akutní rozvoj poruch dechového rytmu nebo patologického režimu. NA jednoduché techniky zahrnout:
- Z úst do úst nebo z úst do nosu– hlava oběti je zakloněna zpět na maximální úroveň, je otevřen vchod do hrtanu a je posunut kořen jazyka. Osoba provádějící proceduru stojí na boku, rukou stiskne křídla nosu pacienta, nakloní hlavu dozadu a druhou rukou si drží ústa. Zhluboka se nadechne, zachránce pevně přitiskne rty k ústům nebo nosu pacienta a prudce a energicky vydechne. Pacient by měl vydechnout kvůli elasticitě plic a hrudní kosti. Současně se provádí srdeční masáž.
- Pomocí S-duct nebo Reuben vaku. Před použitím musí být pacientovi vyčištěny dýchací cesty a poté musí být maska pevně přitlačena.
Ventilační režimy v intenzivní péči
Umělý dýchací přístroj se používá v intenzivní péči a patří mezi mechanická metoda Větrání Skládá se z respirátoru a endotracheální trubice nebo tracheostomické kanyly. Pro dospělé a děti se používají různé přístroje, které se liší velikostí vloženého přístroje a nastavitelnou frekvencí dýchání. Hardwarová ventilace se provádí ve vysokofrekvenčním režimu (více než 60 cyklů za minutu) za účelem snížení dechového objemu, snížení tlaku v plicích, přizpůsobení pacienta respirátoru a usnadnění průtoku krve do srdce.
Metody
Vysokofrekvenční umělá ventilace je rozdělena do tří metod používaných moderními lékaři:
- objemový– vyznačující se dechovou frekvencí 80-100 za minutu;
- oscilační– 600-3600 za minutu s vibracemi kontinuálního nebo přerušovaného průtoku;
- proud– 100-300 za minutu, je nejoblíbenější, při které se kyslík nebo směs plynů pod tlakem vstřikuje do dýchacích cest pomocí jehly nebo tenkého katétru, další možnosti jsou endotracheální trubice, tracheostomie, katetr přes nos nebo kůži .
Kromě uvažovaných metod, které se liší frekvencí dýchání, se režimy ventilace rozlišují podle typu použitého zařízení:
- Auto– dýchání pacienta je zcela utlumeno farmakologické léky. Pacient plně dýchá pomocí komprese.
- Pomocný– dýchání osoby je zachováno a při pokusu o vdechnutí je dodáván plyn.
- Periodicky vynucené– používá se při přechodu z mechanické ventilace na spontánní dýchání. Postupné snižování frekvence umělých dechů nutí pacienta dýchat sám.
- S PEEP– s ním zůstává intrapulmonální tlak kladný vzhledem k atmosférickému tlaku. To umožňuje lepší distribuci vzduchu v plicích a eliminuje otoky.
- Elektrická stimulace bránice– se provádí prostřednictvím externích jehlových elektrod, které dráždí nervy na bránici a způsobují její rytmické stahování.
Ventilátor
Na jednotce intenzivní péče nebo pooperačním oddělení se používá ventilátor. Tento lékařské vybavení nezbytné k dodávání plynné směsi kyslíku a suchého vzduchu do plic. Nucený režim se používá k nasycení buněk a krve kyslíkem a odstranění oxidu uhličitého z těla. Kolik typů ventilátorů existuje:
- podle typu použitého zařízení– endotracheální trubice, maska;
- podle použitého provozního algoritmu– manuální, mechanická, s neurořízenou ventilací;
- podle věku– pro děti, dospělé, novorozence;
- pohonem– pneumomechanické, elektronické, manuální;
- po domluvě– obecný, zvláštní;
- podle aplikované oblasti– jednotka intenzivní péče, resuscitační oddělení, pooperační oddělení, anesteziologie, novorozenci.
Technika umělé ventilace
Lékaři k provádění umělé ventilace používají ventilátory. Po vyšetření pacienta lékař určí frekvenci a hloubku nádechů a vybere směs plynů. Plyny pro kontinuální dýchání jsou přiváděny hadicí napojenou na endotracheální trubici, přístroj reguluje a kontroluje složení směsi. Pokud je použita maska, která zakrývá nos a ústa, je zařízení vybaveno poplašným systémem, který upozorní na narušení procesu dýchání. Pro dlouhodobou ventilaci je endotracheální trubice zavedena do otvoru přední stěnou trachey.
Problémy při umělé ventilaci
Po instalaci ventilátoru a během jeho provozu mohou nastat problémy:
- Přítomnost zápasu pacienta s ventilátorem. K její nápravě se eliminuje hypoxie, kontroluje se poloha zavedené endotracheální rourky a samotné vybavení.
- Desynchronizace s respirátorem. Vede k poklesu dechového objemu a nedostatečné ventilaci. Za příčiny se považuje kašel, zadržování dechu, plicní patologie, křeče v průduškách a nesprávně nainstalovaný přístroj.
- Vysoký tlak v dýchacím traktu. Příčiny jsou: porušení integrity trubice, bronchospasmy, plicní edém, hypoxie.
Odvykání od mechanické ventilace
Použití mechanické ventilace může být doprovázeno zraněními v důsledku vysoký krevní tlak, zápal plic, snížená srdeční funkce a další komplikace. Proto je důležité co nejrychleji zastavit mechanickou ventilaci s ohledem na klinickou situaci. Indikací pro odstavení je pozitivní dynamika zotavení s následujícími ukazateli:
- obnovení dýchání s frekvencí nižší než 35 za minutu;
- minutová ventilace snížena na 10 ml/kg nebo méně;
- pacient nemá zvýšená teplota nebo infekce, apnoe;
- krevní obraz je stabilní.
Před odvykáním od respirátoru zkontrolujte zbytky svalové blokády a snižte dávku sedativ na minimum. Rozlišují se následující způsoby odvykání od umělé ventilace.
Američtí vědci z Yale University pod vedením Laury Niklason udělali průlom: podařilo se jim vytvořit umělou plíci a transplantovat ji potkanům. Samostatně byla vytvořena i plíce, která pracovala autonomně a napodobovala práci skutečného orgánu.
Je třeba říci, že lidské plíce ano složitý mechanismus. Povrch jedné plíce u dospělého je asi 70 metrů čtverečních, sestavené tak, aby zajistily účinný přenos kyslíku a oxidu uhličitého mezi krví a vzduchem. Ale plicní tkáň se těžko obnovuje, takže tento moment jediný způsob, jak nahradit poškozené části orgánu, je transplantace. Tento postup je velmi rizikový vzhledem k vysokému procentu odmítnutí. Podle statistik zůstává deset let po transplantaci naživu pouze 10–20 % pacientů.
Laura Niklason k tomu říká: „Dokázali jsme vyvinout a vyrobit plíce vhodné pro transplantaci krysám, které účinně přenášejí kyslík a oxid uhličitý a okysličování hemoglobinu v krvi. "Toto je jeden z prvních kroků k obnovení celých plic u větších zvířat a nakonec u lidí."
Vědci odstranili buněčné složky z plic dospělé krysy a nechali za sebou větvené struktury plicního traktu a krevních cév, které sloužily jako kostra pro nové plíce. A k růstu plicních buněk jim pomohl nový bioreaktor, který napodobuje proces vývoje plic v embryu. Výsledkem bylo, že vyrostlé buňky byly transplantovány na připravený skafold. Tyto buňky vyplnily extracelulární matrix – tkáňovou strukturu, která zajišťuje mechanickou podporu a transport látek. Tyto umělé plíce, které byly transplantovány krysám na 45 až 120 minut, absorbovaly kyslík a vypuzovaly oxid uhličitý stejně jako skutečné plíce.
Vědcům z Harvardské univerzity se ale podařilo simulovat funkce plic offline v miniaturním zařízení na bázi mikročipu. Poznamenávají, že schopnost těchto plic absorbovat nanočástice ve vzduchu a napodobovat zánětlivou reakci na patogenní mikroby představuje princip, že orgány na mikročipech by mohly v budoucnu nahradit laboratorní zvířata.
Vědci ve skutečnosti vytvořili zařízení pro stěnu alveolů, plicní vezikuly, přes které dochází k výměně plynu s kapilárami. Aby to udělali, přistáli na syntetická membrána na jedné straně jsou epiteliální buňky z alveolů lidských plic a na druhé straně jsou buňky plicních cév. Vzduch je dodáván do plicních buněk v zařízení, kapalina simulující krev je dodávána do „cév“ a periodické protahování a stlačování zprostředkovává proces dýchání.
Aby otestovali reakci nových plic na vliv, přinutili ho vědci „inhalovat“ bakterie Escherichia coli spolu se vzduchem, který dopadl na stranu „plíce“. A zároveň ze strany „nádob“ výzkumníci uvolňovali bílé krvinky do proudu kapaliny. Plicní buňky detekovaly přítomnost bakterií a spustily imunitní odpověď: bílé krvinky prošly membránou na druhou stranu a zničily cizí organismy.
Kromě toho vědci přidali nanočástice, včetně typických látek znečišťujících ovzduší, do vzduchu „vdechovaného“ zařízením. Některé typy těchto částic vstoupily do plicních buněk a způsobily zánět a mnohé volně přecházely do „krevního řečiště“. Vědci zároveň zjistili, že mechanický tlak při dýchání výrazně zvyšuje absorpci nanočástic.
