Аппарат искусственного кровообращения

Аппарат искусственного кровообращения (АИК) — это медицинское устройство, предназначенное для временного замещения функций сердца и лёгких во время хирургических операций, преимущественно на открытом сердце. АИК обеспечивает циркуляцию и оксигенацию крови, позволяя остановить естественное сердцебиение и создать бескровное, неподвижное операционное поле. Метод, реализуемый с помощью АИК, называется кардиопульмональным шунтированием (искусственным кровообращением).

История развития

Первые эксперименты

Идея временного замещения сердечной деятельности возникла в XIX веке. В 1812 году французский физиолог Жюльен-Жан-Сезар Легалуа предложил концепцию перфузии изолированных органов. В 1885 году немецкий физиолог Макс фон Фрей выполнил первую успешную перфузию изолированной конечности. Однако практическая реализация аппарата для полного замещения сердца и лёгких стала возможна только после разработки методов антикоагуляции (гепарин, 1916 год) и создания эффективных оксигенаторов.

Создание первого АИК

Первый успешный клинический случай применения АИК был осуществлён 6 мая 1953 года американским хирургом Джоном Гиббоном. Он провёл операцию по ушиванию дефекта межпредсердной перегородки у 18-летней пациентки, используя аппарат собственной конструкции. Аппарат Гиббона состоял из вертикального дискового оксигенатора и роликового насоса. Несмотря на успех, ранние модели АИК были громоздкими, требовали большого объёма донорской крови для заполнения и имели высокий уровень осложнений.

Развитие в СССР

В Советском Союзе разработка АИК началась в 1950-х годах под руководством Александра Александровича Вишневского и Сергея Сергеевича Брюхоненко. В 1957 году в Институте сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева был создан первый отечественный аппарат — АИК-1. Позднее, в 1960-х годах, были разработаны более совершенные модели (АИК-2, АИК-3), которые использовались при операциях на «сухом» сердце. Значительный вклад в развитие метода внёс хирург Николай Михайлович Амосов, который в 1960 году в Киеве провёл первую в СССР успешную операцию на открытом сердце с использованием АИК.

Современный этап

С 1970-х годов АИК претерпели значительную миниатюризацию и автоматизацию. Появились мембранные оксигенаторы, которые заменили пузырьковые и дисковые, что снизило травматизацию форменных элементов крови. Внедрение компьютерного управления позволило точно регулировать параметры перфузии. В XXI веке активно развиваются портативные АИК и системы вспомогательного кровообращения (например, ЭКМО — экстракорпоральная мембранная оксигенация), которые могут использоваться длительное время (до нескольких недель) для поддержки пациентов в критических состояниях.

Устройство и принцип работы

Основные компоненты

Современный АИК представляет собой сложный электромеханический комплекс, включающий несколько ключевых блоков:

• Оксигенатор — устройство, выполняющее функцию лёгких. Он насыщает венозную кровь кислородом и удаляет углекислый газ. Различают пузырьковые (кровь контактирует с пузырьками кислорода) и мембранные (газообмен происходит через полупроницаемую мембрану) оксигенаторы. В современной практике используются исключительно мембранные оксигенаторы, так как они меньше повреждают клетки крови.
• Насос (роликовый или центрифужный) — создаёт направленный поток крови, замещая работу сердца. Роликовый насос пережимает эластичную трубку роликами, проталкивая кровь. Центрифужный насос создаёт поток за счёт вращения крыльчатки, что является более физиологичным и менее травматичным.
• Резервуар — ёмкость для сбора венозной крови перед её поступлением в оксигенатор. Позволяет компенсировать колебания объёма крови в системе.
• Теплообменник — устройство для поддержания заданной температуры крови (нормотермия или гипотермия). Позволяет охлаждать или согревать пациента во время операции.
• Фильтры — артериальные и венозные фильтры для удаления микрочастиц, тромбов и пузырьков воздуха (артериальный фильтр-ловушка).
• Магистрали — система трубок из медицинского поливинилхлорида, соединяющая все компоненты и подключаемая к кровеносной системе пациента.

Принцип функционирования

Кровь из правого предсердия или полых вен пациента отводится по венозной магистрали (канюле) в резервуар АИК. Затем она поступает в оксигенатор, где обогащается кислородом. Далее оксигенированная кровь проходит через теплообменник, фильтр и с помощью насоса возвращается в артериальную систему пациента (обычно в аорту) через артериальную канюлю. Таким образом, аппарат полностью берёт на себя функции сердца (насосная) и лёгких (газообмен).

Параметры перфузии

Во время работы АИК перфузиолог (специалист, управляющий аппаратом) контролирует несколько критических параметров:

• Объёмная скорость перфузии (обычно 2,2–2,5 л/мин/м² поверхности тела).
• Давление в магистралях (артериальное и венозное).
• Газы крови (парциальное давление кислорода и углекислого газа, pH, сатурация).
• Температура крови (от 18–20 °C при глубокой гипотермии до 37 °C при нормотермии).
• Гематокрит (обычно поддерживается на уровне 20–25%).

Классификация АИК

По типу оксигенатора

• Пузырьковые (исторические) — газообмен происходит при прямом контакте крови с пузырьками кислорода. Высокий риск газовой эмболии и повреждения крови. Практически не используются.
• Мембранные — газообмен через микропористую или сплошную мембрану. Современный стандарт. Обеспечивают меньшую травму крови и более стабильный газообмен.

По функциональному назначению

• Стандартные АИК — для операций на открытом сердце (коронарное шунтирование, протезирование клапанов, коррекция врождённых пороков).
• Портативные (транспортные) АИК — для экстренной поддержки кровообращения на догоспитальном этапе или при транспортировке пациента.
• Системы ЭКМО — модификация АИК для длительной (от нескольких дней до недель) экстракорпоральной поддержки дыхания и кровообращения у пациентов в критическом состоянии (например, при тяжёлой пневмонии или кардиогенном шоке).

По типу насоса

• Роликовые (перистальтические) — просты, надёжны, но создают пульсирующий поток и могут повреждать эритроциты.
• Центрифужные — создают непрерывный, более физиологичный поток, меньше травмируют кровь. Используются в современных АИК и системах ЭКМО.

Применение

Кардиохирургия

Основная область применения АИК — операции на открытом сердце. Аппарат позволяет хирургу работать на неподвижном и обескровленном сердце. Типичные операции:

• Аортокоронарное шунтирование (АКШ) — создание обходных путей для кровотока при ишемической болезни сердца.
• Протезирование или пластика сердечных клапанов.
• Коррекция врождённых пороков сердца (дефект межпредсердной перегородки, тетрада Фалло).
• Трансплантация сердца.
• Операции на аорте (например, при расслоении аорты).

Вспомогательное кровообращение

В некоторых случаях АИК используется не для полного замещения, а для поддержки сердечной деятельности:

• Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) — применяется при острой дыхательной или сердечной недостаточности, не поддающейся стандартной терапии.
• Вспомогательное кровообращение при высокорисковых коронарных вмешательствах — для обеспечения гемодинамической стабильности во время стентирования сложных поражений коронарных артерий.
• Лечение гипотермии — с помощью АИК можно быстро и контролируемо согревать пациента.

Экспериментальные и исследовательские цели

АИК применяется в экспериментальной хирургии для изучения физиологии изолированных органов, фармакокинетики лекарств и разработки новых методов лечения.

Осложнения и риски

Применение АИК сопряжено с рядом потенциальных осложнений, связанных как с самим аппаратом, так и с реакцией организма на экстракорпоральное кровообращение:

• Системный воспалительный ответ — контакт крови с чужеродной поверхностью магистралей и оксигенатора запускает каскад воспалительных реакций.
• Гемолиз — разрушение эритроцитов из-за механического воздействия насоса и оксигенатора.
• Коагулопатия — нарушение свёртываемости крови из-за использования гепарина и потребления факторов свёртывания.
• Газовая эмболия — попадание воздуха в артериальную систему (современные фильтры-ловушки сводят этот риск к минимуму).
• Неврологические нарушения — возможны микроэмболии (частицы атеросклеротических бляшек, тромбы) или гипоперфузия головного мозга.
• Почечная недостаточность — связана с гипоперфузией почек и системным воспалением.

Перспективы развития

Современные тенденции в развитии АИК направлены на:

• Миниатюризацию — создание полностью имплантируемых систем вспомогательного кровообращения.
• Улучшение биосовместимости — разработка покрытий для магистралей и оксигенаторов, снижающих воспалительный ответ и тромбообразование.
• Автоматизацию управления — внедрение интеллектуальных систем, автоматически поддерживающих оптимальные параметры перфузии.
• Развитие систем ЭКМО — как альтернатива традиционному АИК для длительной поддержки пациентов с полиорганной недостаточностью.

Источники

1. Гиббон Дж. Х. «Искусственное кровообращение в хирургии сердца». — 1953.
2. Брюхоненко С. С. «Аппарат искусственного кровообращения». — М.: Медицина, 1958.
3. Амосов Н. М. «Очерки по хирургии сердца». — Киев: Здоров'я, 1963.
4. «Искусственное кровообращение и вспомогательное кровообращение» / Под ред. В. И. Бураковского. — М.: Медицина, 1981.
5. «Cardiopulmonary Bypass: Principles and Practice» / Ed. by G. P. Gravlee, R. F. Davis, A. S. Kurusz. — 3rd ed. — Lippincott Williams & Wilkins, 2008.
6. «Экстракорпоральная мембранная оксигенация» / Под ред. А. А. Еременко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2020.