Szív-tüdő gép

A szív-tüdő gép (SZTG) orvosi eszköz, amely korlátozott ideig helyettesíti a szív pumpáló funkcióját és a tüdőfunkciók ellátását, vagyis a vér oxigénezését, valamint a szén-dioxid eltávolítását, így lehetővé téve az ún. nyitott szívműtéteket. A vér egy kanülön és csőrendszeren (cardiopulmonary bypass) keresztül távozik a szervezetből, oxigénnel dúsul, és újra visszapumpálódik, ez az extracorporalis keringés. Ezenkívül a beteg gyorsan lehűthető és felmelegíthető egy szív-tüdő géppel hőcserélő(kö)n keresztül. Az SZTG nem tévesztendő össze a vastüdővel, amely csupán a légzést segíti.

A vér útja általában a vena cavából vagy a jobb pitvarból, valamint a szívkamrákból és a műtéti területen megnyílt koszorúerekből kerül az SZTG-be, majd szűrés, oxigéndúsítás és a szén-dioxid eltávolítása, valamint melegítés és ismételt szűrés után halad vissza az aortán vagy a femorális artérián keresztül a szervezetbe. A gyakorlatban különbséget tesznek a különböző típusú bypassok között (teljes cardiopulmonalis bypass, részleges bypass, bal oldali atriofemoralis bypass, femorofemoralis bypass, bal szív bypass és jobb szív bypass).^[1]

A szív-tüdő gépet leggyakrabban a szívsebészetben használják. A sürgősségi és intenzív ellátásban kisebb, speciális rendszereket alkalmaznak úgynevezett extracorporalis membrán oxigenizációként (ECMO).

Története

Maximilian von Frey 1885-ben építette meg az első szív-tüdő gépet kollégájával, Max von Gruberrel a Lipcsei Egyetemen.^[2] A szív-tüdő gép feltalálója azonban John Heysham Gibbon, akinek az USA-ban kifejlesztett gépét egy 18 éves beteg pitvari septum defektusának műtétjén használták 1953. május 6-án 26 percig a philadelphiai Pennsylvania Egyetemi Kórházban.^[3] Korábban Gibbon megépítette egy szív-tüdő gép prototípusát, amelynek segítségével egy macska 1935-ben bő fél órát túlélt anélkül, hogy megdobbant volna a szíve. Gibbont később az IBM mérnökei segítették a fejlesztésben. Számos kudarc és haláleset történt, mire a gép 1953-ban már megfelelően működött.^[4]

A heparin Jay McLean általi 1916-os felfedezése központi jelentőségű a szív-tüdő gép extracorporalis keringetése szempontjából, mivel megakadályozza a véralvadást, ami a szív-tüdő gép működésének alapvető feltétele.

A szív-tüdő gépek még ma is görgős pumpákat használnak a vér szállítására, amelyek feltalálása 1934-ig nyúlik vissza.

A vér oxigénellátásának felfedezése pedig 1944-re nyúlik vissza, amikor is megfigyelték, hogy a hemodialízis során a beteghez visszaáramló vér színe sötétlilából élénk pirosra változott.

1926-ban a szovjet tudós, Szergej Brjuhonenko végrehajtotta az első sikeres extracorporalis keringetést egy levágott kutyafejen, és ő lett az első, aki megjósolta a szívsebészetben a testen kívüli keringetés jövőjét.

Achille Mario Dogliotti olasz szívsebész 1951. augusztus 9-én hajtotta végre a világ első szívműtétjét mesterséges extracorporalis körrel. Aldo Costantinivel egy 49 éves páciens volt, akit Torinóban megoperáltak, aki egy mediastinalis daganat kiirtáson esett át. Dogliotti szív-tüdő gépe, amelyet már a műtét előtt előkészítettek, egy görgős pumpás rendszerből és egy gázdiszperziós elven működő oxigenátorból állt.^[5]

Hosszas előkészítő munka után sikerült az amerikai John Gibbonnak 1953. május 6-án az első testen kívüli vérkeringetés emberen az Amerikai Egyesült Államokban. Egy 18 éves, pitvari sövényhibás nőt operált meg, a beteg 45 percig szív-tüdő gépen volt. A gépet ezután többek között Viking Olof Bjork és mások (vö. Clarence Crafoord és Åke Senning) fejlesztették tovább Svédországban. Az USA-ban különösen John Webster Kirklin forszírozta a Mayo Clinicán az SZTG továbbfejlesztését, és 1955-ben már nyitott szívműtétekre használta.

A szív-tüdő gép alkalmazása megoldotta a szívsebészet egyik központi problémáját, amely korábban lehetetlenné tette a biztonságos szívműtéteket a tetemes műtéti idő miatt. Ahhoz, hogy a szív belseje a műtéti beavatkozások számára hozzáférhetővé váljon, a nagy szíverek ideiglenes elszorítása szükséges, amely megszakítja az agy oxigénellátását, és így néhány percre korlátozza a műtéti időt segédeszköz nélkül. A mechanikus elterelés és a vér oxigénellátása döntő szerepet játszott abban, hogy ez az időtartam akár egy órára is meghosszabbodjon, és a műtétet sietség nélkül elvégezhessék.^[6]

Mivel az akkori oxigenátorok meg sem közelítették a mai készülékek teljesítményét, az 1954-ben bevezetett véráramhűtés (hipotermia) az ezzel járó oxigénfogyasztás csökkenése nagy jelentőséggel bírt a betegek szívtüdőgéppel való hosszabb életben tartásában.

1955 körül sikeresen megépítettek egy oxigenátort, amely gázbuborékok segítségével oxigénnel dúsította a vért anélkül, hogy a rettegett légembólia bekövetkezett volna. 1956-ban használták először a ma is alkalmazott membrán-oxigenátor típust, azonban további 13 évnek kellett eltelnie, mire a gép készen állt a piacra dobásra.

Németországban az első szívműtétet szív-tüdő géppel Manfred Schmidt-Mende és Hans Georg Borst végezte 1958. február 19-én^[7] a Marburg Egyetemi Kórházban, a híres szívsebész, Rudolf Zenker közreműködésével. Egy 29 éves kamrai sövényhibás nőbeteget műtöttek meg. A Német Demokratikus Köztársaságban a krónikus devizahiány miatt Karl-Ludwig Schober kifejlesztette saját szív-tüdő gépét.

Funkciók és tartozékok

Szivattyúfunkció, szivattyúk

A szív pulzáló izomösszehúzódással pumpálja a vért az ereken keresztül. A pumpált mennyiséget (a perctérfogatot) a szervezet folyamatosan szabályozza, hogy megbirkózzon a gyakran erősen változó terhelésekkel. A felnőttek szabályozási tartománya nyugalmi állapotban kb. 5 l/perctől a legnagyobb igénybevétel mellett kb. 25 l/percig terjed.

A görgős szivattyúk ma is a preferáltak az extrakorporális keringetéshez. Itt egy félgömb alakú ketrecben fekvő műanyag tömlőt a központilag forgó szivattyúfej két egymással szemben lévő nyomógörgője helyezi nyomás alá. A centrifugálszivattyúk alternatív alkalmazása műszakilag nehezebb és összetettebb. Az ujjas vagy axiális szivattyúk eldugulási üzemben szignifikánsan nagyobb hemolízist mutatnak, mint a görgős szivattyúk, ami a szivattyúzási folyamat során fellépő szívás erősségétől és időtartamától függ.^[8] A műszaki igények a fent leírt szabályozási lehetőségekből, a véráramba való kapcsolódási lehetőségekből és a biztonsági követelményekből adódnak. A szivattyúkat folyamatos és pulzáló üzemre egyaránt tervezték. A szabályozható szállítási sebesség 0,01 l/perc és 10 l/perc között van. A pumpafej nagy pontossága biztosítja a lehető legkisebb vérkárosodást (görgős pumpáknál a hemolízis sebessége a pumpa érintkezési(?) nyomásától függ). Az elektronikus vezérlés megbízhatóan megakadályozza a szivattyúfej ellenőrizetlen fordulatszám-változásait.

Tüdőfunkciók, oxigenátorok

A tüdő központi feladata az oxigén és a szén-dioxid gázcseréje. Ennek optimális feltételei a tüdőben adottak. Az oxigén és a szén-dioxid diffúziója nagyon nagy felületen, akár 200 m²-ig, alacsony vérrétegvastagsággal és kellően hosszú érintkezési idővel történhet.

A ma elérhető, a vér oxigéntelítésére szolgáló eszközök (oxigenátorok) két csoportra oszthatók:

Buborékoxigenátor – a vérrel közvetlenül érintkező gáz
Üreges rostos membrán oxigenátor - a gáz és a vér el vannak választva

A buborékoxigenátort ma Németországban alig használják, de még a ma általánosan használt membrán-oxigenátor is csak tökéletlenül képes utánozni az emberi tüdőt. A vérréteg jóval vastagabb, és csak körülbelül 2–10 m² nagyságú diffúziós terület áll rendelkezésre. A ma általánosan használt membrán-oxigenátorok két komponensből állnak: egyrészt a tulajdonképpeni oxigenátorból, ami gondoskodik a gázcseréről, másrészt egy hőcserélő van beépítve, hogy a vér és a test hőmérsékletét az adott művelet követelményeihez igazítsák, úgymint: Normothermia, hipotermia, mély hipotermia.

Szűrőfunkció, szűrő

Amióta szív-tüdő gépeket használnak, a mikroembólia egy ismert probléma, amelynek okai lehetnek a fibrinrögök, műanyag részecskéi is, amelyeket csőfelületekről vagy tömítésekről dörzsölnek le, vagy pl. az oxigenátorból származnak. Ezt vérszűrővel próbálják ellensúlyozni, amelynek másik fontos funkciója a gázbuborékok és a buffy coat tervezett összegyűjtése és visszatartása.

Ezenkívül veseelégtelenség esetén hemofiltráció vagy módosított ultraszűrés végezhető a víz vagy a vizeletből származó anyagok vérből történő eltávolítására.

A vízhiány növeli a hematokrit- és hemoglobinszintet. Ezenkívül a kolloid ozmotikus nyomása megnő. Ez a víz eltolódását eredményezi az extracelluláris térből az intravaszkuláris térbe, ami csökkenti az ödémát (különösen a tüdőödémát).

Vértérfogat raktár, tározó

Vértérfogat-tárolóként úgynevezett kardiotómiás tartályt használnak, amely legegyszerűbb esetben egy műanyag zacskóból áll, de többnyire kemény héjú, két liternél nagyobb űrtartalmú tartály. Ez lehetővé teszi, hogy a nem szükséges mennyiséget kivegye a betegkörből, és egy későbbi időpontban visszajuttassa. A kardiotómiás tartályba kerül ezen kívül a műtéti területről levett vér, amelyet ún. kardiotómiás szívással távolítanak el. Mivel a vér-levegő keverék mindig kiszívható a műtéti területről, a szövetkomponensek szűrője mellett mindig szükség van habzásgátlóra is.^[9]

Az extracorporalis keringetés lehetséges szövődményei

Véralvadási zavarok (thrombocytopenia vagy heparin által kiváltott thrombocytopenia, a heparin hatás elégtelen visszafordítása, protamin túladagolás, alvadási faktor hiány, disszeminált intravaszkuláris koaguláció fogyasztási koagulopátiával) ^[10]
A víz- és elektrolit-egyensúly zavarai (vízvisszatartás; csökkent nátrium-, kálium-, kalcium- vagy magnéziumszint)^[11]
Hiperglikémia (különösen 300 mg/dl feletti vércukorszint mellett ozmotikus diurézis kockázatával) ^[12]
Embólia (különösen a légembólia a buborékoxigenátorban és mindenekelőtt magas oxigén parciális nyomásértékek esetén)^[12]
Tüdőfunkciós zavarok^[12]
Veseműködési zavarok^[13] elégtelen perfúziós nyomással^[14]
Neurológiai rendellenességek^[13]

Monitoring és dokumentálás

A klinikától függően különböző paramétereket rögzítenek.

Betegadatok

EKG
Artériás vérnyomás
Központi vénás vérnyomás
Hőmérséklet (végbél/nyelőcső)
Vesefunkció/vizeletürítés
Különféle laboratóriumi paraméterek

Életfenntartó gép

oxigenátor
főpumpa = artériás áramlási sebesség = perctérfogat = időtérfogat
szívó
cardioplegia rendszer
kardiotómiás tartály
vérszűrő
artériás/vénás oxigéntelítettség
hemoglobin, hematokrit, pH, hőmérséklet
alacsony szintérzékelő figyeli a vérszintet a kardiotómiás tartályban
a légbuborék-érzékelő megakadályozza levegő bejutását az áramlási körbe
különféle rendszernyomások
artériás/vénás vérhőmérséklet
tömlőrendszer csatlakozási pontokkal

Ma már elterjedt az adatok elektronikus tárolása, ami a későbbi értékelést is megkönnyíti.

Vezérlőeszközök

Vezérlőeszközökkel a páciens különböző létfontosságú paraméterei befolyásolhatók.

Az oxigenátorban az oxigén és a szén-dioxid átvitel gázkeverővel és áramlásmérővel szabályozható.
A főpumpa helyettesíti a páciens szívét, és szabályozza a perctérfogatot.
A hipo-/hipertermia készülékek (Heater-Cooler-Units HCU) a hőcserélőn keresztül (gyakran az oxigenátorban) szabályozhatják a páciens vérének hőmérsékletét és így testhőmérsékletét is.

Miniatürizált extrakorporális keringés (MiECC)

A lényeges alkatrészekre (csak a pumpára és az oxigenátorra) redukálva csökkenthetők a hagyományos szív-tüdő gépek bizonyos hátrányai, és új terápiás lehetőségek nyílhatnak meg. A fiziológiás gyulladásos és véralvadási reakció csökken a vérrel érintkező kisebb idegen felület miatt. Ezen túlmenően a gép bonyolultsága lényegesen kisebb, így a perfúziós szakember által végzett állandó gondozás elhagyható.

A MiECC-eket időnként rutinműtétek során alkalmazzák, de mindenekelőtt lehetőséget kínálnak a szív- és tüdőfunkció átmeneti támogatására az intenzív terápiás betegeknél. A rendszer a használt pumpák és oxigenátorok tekintetében is hasonló az ECMO-hoz, de a kanülözés vénás-artériás. Így a vért kivonják a vénából, oxigenizálják és az aortába helyezett kanül segítségével a szív mögötti keringési rendszerbe vezetik vissza.

Intenzív gyógyászatban történő alkalmazáskor a hiányzó tartály (ami azt jelenti, hogy a műtéti helyen kiszívott vért már nem lehet reperfundálni) és a műtőben jelentős hiányzó kiegészítő szivattyúk (vent) hátrányai nem relevánsak.

A rendszer elvileg bármilyen típusú keringési elégtelenségben beültethető. Ennek természetesen csak egy esetlegesen visszafordítható alapbetegség esetén van értelme és etikailag is az igazolható. A fő indikációk a kardiogén sokk, a posztoperatív pumpa elégtelensége, a szívizomgyulladás, valamint a további terápia (mesterséges szívbeültetés vagy szívátültetés) áthidaló megoldásként a döntésig vagy a transzplantációig.

A készülékek mérete mára olyan mértékben csökkent, hogy a hagyományos légi és földi intenzív terápiás járművekkel szállíthatóak. Az összetett alapbetegségek és a szükséges intenzív terápia miatt legalábbis megkérdőjelezhető, hogy ez a technika milyen mértékben fog elterjedni a szakosodott központokon túl, különösen azért, mert a perifériás kanülözés technikailag igényes, és a leggyakoribb szövődmények forrása.

Ezért egyes központok ECMO- és MECC-támogatást kínálnak a perifériás kórházaknak, és egy perfúziós/szívsebész- és aneszteziológuscsoportot szállítanak (általában repülnek) a perifériás kórházba. A helyszínen a páciens a szív-tüdő géphez csatlakoztatható és egy központba szállítható. Gyakran csak így történhet az instabil keringési funkciójú betegek szállítása.

Alkalmazása

A kezdeti időkben az orvos feladata volt a szív-tüdő gép működtetése. Ma ezt a perfúziós szakember végzi. Kezdetben a szakmát részidőben tanulták. Voltak pl. műtősök és ápolók vagy képzett egészségügyi technikusok.

A felelősségi kör növekedésével és a feladatok összetettségének növekedésével azonban felismerték a célzott képzés szükségességét. 1988 óta ezt főként a berlini Kardiotechnikai Akadémia vette át, amely 2008 óta kínál gyakorlatorientált alapképzést, és Németországban az egyetlen államilag elismert ilyen intézmény.

1994-ben az Aacheni Alkalmazott Tudományok Egyetemén (Jülich Tanszék) létrehozták az első kardiotechnológiai szakot, amelyet később a Furtwangen Egyetem „Orvosmérnöki” kurzusa követett.

Szakmai szövetségként a Német Kardiotechnológiai Társaság vette át az érdekképviseletet Németországban, Európa számára pedig az EBCP (European Board of Cardiovascular Perfusion).

Irodalom

Susanne Hahn: Szív-tüdő gép (SZTG). In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (szerk. ): Orvostörténeti Enciklopédia. De Gruyter, Berlin/New York 2005, ISBN 3-11-015714-4 584. o.
Reinhard Larsen: Anesztézia és intenzív terápia a szív-, mellkas- és érsebészetben. (1., 1986-os kiadás) 5. kiadás. Springer, Berlin / Heidelberg / New York, 1999, ISBN 3-540-65024-5 79-120. o. (kardiopulmonális bypass) és 139–165. o. (gyakorlati eljárás a szív-tüdő géppel végzett műveletekhez)
Wolfgang Eichler, Anja Voss: Operatív intenzív terápia. In: Jörg Braun, Roland Preuss (szerk. ): Az intenzív terápia klinikai irányelvei. 9. kiadás. Elsevier, München, 2016, ISBN 978-3-437-23763-8 619–672., 654–660. o. Beavatkozások szív-tüdő géppel (SZTG)

További információk

herz-lungen-maschine.de
A Berlini Német Szívközpont Kardiotechnológiai Akadémia honlapja Archiválva 2006. május 3-i dátummal a Wayback Machine-ben
A Német Kardiotechnológiai Társaság honlapja
European Board of Cardiovascular Perfusion weboldal
Először használták a levegőben: A világ legkisebb hordozható szív-tüdő gépe az innovációs-report.de oldalon

Jegyzetek

↑ Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 80., 117–120.
↑ J. Willis Hurst, W. Bruce Fye, Heinz‐Gerd Zimmer: The heart‐lung machine was invented twice—the first time by Max von Frey. In: Clinical Cardiology. Band 26, 2003, szeptember, 443–445, doi:10.1002/clc.4960260914
↑ Susanne Hahn: Herz-Lungen-Maschine (HLM). 2005, 584.
↑ Joachim Mohr. Was wäre die Kardiologie ohne… Herz-Lungen-Maschine?
↑ Rudolf J. Tschaut: Extrakorporale Zirkulation in Theorie und Praxis. Pabst Science Publishers, Lengerich/Bremen/Berlin 2005, ISBN 978-3-89967-217-6 17. o.
↑ Benjamin Prinz. Operieren am blutleeren Herzen: Eine Geschichte chirurgischer Zeit zwischen Handwerk, Maschinen und Organismen, 1900–1950. DOI: 10.1007/s00048-018-0195-x (2018. november 12.)
↑ Hans-Jürgen Peiper: Die Zenker-Schule. (Ansprache anlässlich der Feierstunde zum 68. Geburtstag von Prof. Dr. med. Horst Hamelmann am 26. Mai 1992 in Würzburg) In: Würzburger medizinhistorische Mitteilungen 11, 1993, 371–387. ; 379. o.
↑ Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 82. és 107. o.
↑ Gerhard Ziemer, Axel Haverich: Herzchirurgie: Die Eingriffe am Herzen und an den herznahen Gefäßen. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-79712-8 S. 91
↑ Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 110–113. o.
↑ Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 113. o.
↑ ^a ^b ^c Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 114. o.
↑ ^a ^b Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 115. o.
↑ F. Thurnur, E. Böttinger, Th. Pasch: Veränderungen von Wasserhaushalt und Nierenfunktion durch den kardiopulmonalen Bypass. In: Anästhesie Intensivtherapie Notfallmedizin. Band 21, Nr. 1, 1986, 5–8. o.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Herz-Lungen-Maschine című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek

a Városmajori Szív- és Érgyógyászati Klinika 1956 előtt már alkalmazta

[1] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 80., 117–120.

[2] J. Willis Hurst, W. Bruce Fye, Heinz‐Gerd Zimmer: The heart‐lung machine was invented twice—the first time by Max von Frey. In: Clinical Cardiology. Band 26, 2003, szeptember, 443–445, doi:10.1002/clc.4960260914

[3] Susanne Hahn: Herz-Lungen-Maschine (HLM). 2005, 584.

[4] Joachim Mohr. Was wäre die Kardiologie ohne… Herz-Lungen-Maschine?

[5] Rudolf J. Tschaut: Extrakorporale Zirkulation in Theorie und Praxis. Pabst Science Publishers, Lengerich/Bremen/Berlin 2005, ISBN 978-3-89967-217-6 17. o.

[6] Benjamin Prinz. Operieren am blutleeren Herzen: Eine Geschichte chirurgischer Zeit zwischen Handwerk, Maschinen und Organismen, 1900–1950. DOI: 10.1007/s00048-018-0195-x (2018. november 12.)

[7] Hans-Jürgen Peiper: Die Zenker-Schule. (Ansprache anlässlich der Feierstunde zum 68. Geburtstag von Prof. Dr. med. Horst Hamelmann am 26. Mai 1992 in Würzburg) In: Würzburger medizinhistorische Mitteilungen 11, 1993, 371–387. ; 379. o.

[8] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 82. és 107. o.

[9] Gerhard Ziemer, Axel Haverich: Herzchirurgie: Die Eingriffe am Herzen und an den herznahen Gefäßen. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-79712-8 S. 91

[10] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 110–113. o.

[11] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 113. o.

[Reinhard_Larsen_1999-12] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 114. o.

[ReferenceA-13] Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 115. o.

[14] F. Thurnur, E. Böttinger, Th. Pasch: Veränderungen von Wasserhaushalt und Nierenfunktion durch den kardiopulmonalen Bypass. In: Anästhesie Intensivtherapie Notfallmedizin. Band 21, Nr. 1, 1986, 5–8. o.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]