Περιγραφή και μελέτη της μηχανής

Transcript

1 Περιγραφή και μελέτη της μηχανής εξωσωματικής κυκλοφορίας του, αιματος Υπεύθυνοι σπου δ αστές ΘΕΟΔΩΡΑΚΟΠΟΥΛΟΥ Στέλλα - Α.Μ ΚΑΡΑΝΑΣΟΥ Ελένη - Α.Μ Υπεύθυνος καθητητής ΜΟΥΣΤΡΗΣ ΚΩΝΣΤ ΑΝΤΙΝΟΣ Τ μήμα Μηχανο λόγων Μηχανικών Τ. Ε Τ. Ε.Ι. Πε ιραιά Α ιγάλεω, Οκτώβριο ς ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ L_!ΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤlΕΣ Η παρούσα πτυχιακή εργασ ία μ ε Θέμα «Περιγ ραφ11 και μελέτη τη ς μηχανή ς εξωσω ματι1c1ί ς κυκλοφορίας του αίματος» πραγματοποl11θηκε στο πλαίσιο της πτυχιακ11 ς ε ργασίας του τμ1ίματο ς Μηχανολόγων Μηχανικών του Τεχνολογικού Εκπαιδευτ ικού Ι δρύματο ς Π ειραιά. Στο σημείο αυτό, αισθανόμαστε την ανάγκll να εκφ ράσουμε τις θερμές μας ευχαριστίες σε όσους συνέβαλλαν στην ολοκλ1ίρωση αυτής τη ς προσπάθ ε ια ς. Αρχικά, τον επι βλέποντα καθηγητ1ί μας, κύριο Κωνσταντίνο Μουστρ1~, καθηγητ1ί εφαρ μογών του τμ1ίματος, γ ια την αμέριστη υποστ~ίριξη, τη συνεχ1ί καθοδήγηση, καθώς κα ι για τις ουσιώδεις συμβουλές, τ~1ν αδιάκοπη συμπαράσταση και την ενθά ρρυνση που μας παρ ε ίχε όλο αυτό το διάστ~1μα κατά τι1 διάρκεια της ε κπόνηση ς τ~1 ς πτυχιακ1ίς μας ε ργασίας. Επίση ς, θα θέλαμε να ευχαρ ιστήσουμε τον κύριο Παναγιώτη Χουντή, θωρακοχειρούργο και καθηγητή του τμήματο ς ιατρι1c1ί ς στην Αλεξανδρούπολη, αρχικά για τ~1ν ιδέα του θέματος τη ς πτυχιακ~ί ς εργασίας που υλοποl1ίσαμε, αλλά και για τις πολύτιμες επιστημονικές του συμβουλές στα ιατρικά θέματα. Ακόμη, για την μοναδική ευκαιρία που μας έδωσε να συμμετάσχουμε με το συγκε κριμένο θέμα εργασίας, στο Πανελλήνιο ιατρικό συνέδριο που πραγματοποηίθηκε στην περιοχι1 τη ς Καλαμάτας το Φ ε βρουάριο του 2012.

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο 20ος αιώνας χαρακτηρίστηκε από την μεγάλη τεχνολογική ανάπτυξη και πρόοδο στους τομείς της βιομηχανίας μετάλλων και πλαστικών. Από τα μέσα του και έως το τέλος του και την ανατολή του 21 0 αιώνα συνέβη επίσης ραγδαία ανάπτυξη τη ς εφαρ μογή ς των ηλεκτρονικίον υπολογιστών καθώς κα ι των βιοϊατρικών επιστημών με την ανάπτυξη της γενετικliς μηχανικ1iς και την αποκωδικοποίηση του ανθρώπ ινου γων ιώματο ς. Μ ετά την λίi ξη του 'Β Παγ κ.οσ μίου πο λέ μου δ ίν ετα ι το έναυ σμα τη ς φ α ρ μογ1) ς πρωτοποριακών μεθόδων για την αντιμετώπιση καρ διακών νοσημάτων ανίατων μέχρι τότ ε. Τό σ ο στtζ ΗΠΑ όσο και στην τότε ΕΣΣΔ χειρουργοί και μηχανικοί αγωνίζονται και αν ταγωνίζονται (αλλά και θαυμαστά συνεργάζονται) για την εφα ρ~ιογ1i των νέων τεχνολογ ιών στην καθημεριν1ί ιατρικli πράξη. Μ ε την επ ινόηση κα ι εφαρμογή το.1953 του μηχαν1iματο ς τη ς ε ξωσωματ ι Κli ς κυκλοφορία ς δίν ετ αι η δυνατότητα να παρακαμφτεί με θαυμαστό τρόπο η λε ιτουργία της καρδιάς και των πνευμόνων καθιστά>ντας τις καρδιοχειρουργικές επε μβάσ ε ις, που μέχρ ι τότ ε φαινόταν επιστημονικίi φαντασία, μια πραγματικότη τα. Η μηχαν1i εξωσωματικής κυκλοφορίας πρακτικά αντικαθιστά την καρδιακίi και πνευμονικi1 λε ιτουργία. Με τον τρόπο αυτό αφ' ενός έχε ι δράση αντλίας αίματος και αφ' ε τ έ ρου λε ιτουργ εί ως αναπνευστικίi μηχαν1ί υποστήρι ξη ς σ ε όλη την φάση μίας καρδιοχειρουργικίiς επέμβασης. Κατά την δ ιάρκε ια μια ς καρδιοχε ιρουργικi1ς επ έ μβαση ς η καρδιά έχε ι σταματ11σ ε ι και οι πν εύ μον ες βρίσκονται εκτός μηχαν1ίματο ς αναπνευστήρα. Το μηχάνημα αυτό, πρέπ ε ι λοιπόν σε κάθ ε φάση της επ έ μβαση ς να λε ιτουργήσ ε ι σαν υποκατάσταση ζωτικών οργάνων, που χωρίς την ύπαρξή του ς ο άνθρωπος δ εν μπορ ε ί να ζ1ίσ ε ι. Η παρούσα μελέτη αποτελε ί μια αναζήτηση της δομ11ς και λειτουργίας αυτού του θαυμαστού μηχανήματος κα ι ελάχιστο δε ίγ μα ευγνωμοσύνη ς στους μηχανικού ς και γιατρούς που ενάντια σ ε κάθε λογικli και διακυβεύοντας την επιστημονική τους αξ ιοπρ έπεια και ύπαρξη, οδ1iγησαν την ανθρώπινη εξέλιξη ένα β1ίμα ε μπρό ς σώζοντας εκατομμύρια ανθρώπους σ ε όλο τον κόσμο.

4 ABSTRACT 20 1 h centut'y has been c haι acteγi zed by a gτe at adv a n ce ιnent ίη indιι s tγial prodιι c ti o n. T11is was paι t i c ιιj ai Ιy pωfound in ΠJ e t al and p!hstic develop111ents. FΙΌ ιη the Πlid -ce ntuιύ this <1dvance111ent has been implemented in bi o ιη e di cal sciences as well as computei technology. Afte L" tl1e end ot W oγld W ω 11 scientific con11nunity showed a g Γe a t pιό g Γess ίη the 1nanage111ent of cat"diac diseases. \η USA and tό ιώιe ι USS R s ιπgeo n s <1nd ιnec h <1 ni cs gave a fight othe1 time as co- w o ι keis and o theγ ιime s as conipeti to t"s fο Γ the pγa c tic e o t" new technologies in cjinicaj cases. Tl1e dev e l op1ηe n t of the hea Ι" t lung m<1chine.in 1953 gave an opp o Ι"tunity fω byp<1ssing tl1e hea1"1. and Ιιιηg fιιn c ti on and cω di ac ope ι-a tion s beca ιne a Γea lity. Tt1is m<1chine cιc tu a ll y s ιιb s titυte s fογ heait and Jung activity fol' th.e hιι man body. This n1e<111s tl1 cι t it acts CΙ S a pιιl scι t i l e ριιιηp and as a Γe s piι a toιύ machine i 1 all the duτa ti o n of a ca ι di ac o pe ι a tio n. Dω in g tl1ese o p e Γa ti o n s heat"t h<1s essenti ally stopped pιιmpin g and lιιn gs ί:\γe η ο ι exchanging gases. T11is wo ιιl d not be co ιηp at i b. l e with lit'e ιιnl ess this ιna chin e w<1s successfully wo Γkin g as a l1 ea ι t and a Ιιιn g s υ bs titυ te. This s tιιd y is a tho1ό ιι g l1 presentation of t\1e con st ιυ c ti o n ί111 d CΙc ti o n ot this incγe dibl e mechanic<11 1ni1Ή cl e. lt is tl1e Ieast we coυld do in the 111 e Ύ of the tl1oυ sa nd s of mecbanics and physicians that against alj logic 11nd pυttin g in Γi sk tl1 e iγ scientific t"eput11tion d ΙΌνe hυιn a nity a step 11head cιnd s11ved ιnillio n s ot" people wo Γldw ide.

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1 : Τα πράηα στάδια της μηχανής Εισαγωγή Χρήση της μηχαν 1Ί ς σε ανθρώπου ς Ο 1.3 Ιστορι10Ί αναδρομ Τα προβλήματα που εμφανίστηκαν Το εγχε ίρη μα Dodι-i l l-gmr Τα άτομα που ασχολi1θηκαν με την ανάπτυξη της μηχανή ς Οι εξελίξε ις της μηχανής ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ 2 : Ο ι αντλίες Κατηγορίες αντλιών l Αντλίες κυλίνδρων Δίδυμη αν τλία Σύστημα Rotatlow Τα τμ~ίματα μηχαvίί ς Μία πλήρη ς σειρά εξαρτημάτων που έχει αναπτυχθεί για MAQUET ΤΑ HL Μ ηχανισμός κίνησης αντλίας Αρχ1Ί λε ιτουργίας Μ έρη αντλίας Ο ι δ ιαμορφώσεις Κονσόλα Maquet HL 20 Va ι i o Fle Κονσόλα Maquet HL 20 Vru io Single Κονσόλα Maquet HL 20 Vai io Tw.in

6 2.8 Jl υ ρ ισταλτιιζ(: ς αν τλί ε ς Ι Κατηγορίες κα ι χαρακτηριστικά Μειονεκτ~Ίματα Γ ραμμι Κ11 π ε ρισταλτικ11 αντλία της πιicrel Medical Deνices Δ ίχρονη περ ι σταλτική αν τλία IMED CoφOl'a tion Σωλήνα ς σ ιλ ικόνης Ι Ι δ ιότ~1τες και εφα ρμογές Μηχανισμό ς σκλ1)ρυνσης μ ε υπεροξείδιο Μορφοποίηση Οι σωλήνες σιλ ικόνης στ ις περ ισταλτικές αντλίες ΚΕΦΆΛΑΙΟ 3 : Τα βασικά μετρητικά όργανα τη ς μηχανή ς και η χρ1)ση τη ς Μ ε τρητικά όργανα Ε ισαγωγή στην εξωσω ματική κυκλοφο ρία Φ λε βικό κανουλάρισμα και παροχέτευση Αρχές της φλεβι1c1)ς παροχέτευσης Φλε βικές κάνουλες κα ι κανουλάρ ισ μα Ενισχυό μ ενη φλεβtκ11 επιστ ροφή Αρ τηριακό κανουλάρισμα Φλε βικό R ese!'νo il' Ο ξυγονωτές Ανταλλαγέας θερμότ~1τας

7 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 4 : Πλεονεκτl1ματα και μειονεκτήματα τη ς μηχανής και επιπλοκές κατά τη χρ1)ση της ι Επιπλοκές Π λεονεκτήματα και μ ειονεκτ~)ματα από τη χρ1)ση της μηχανή ς εξωσω ματι1<11 ς κυκλοφο ρία ς Πλεονεκτl1ματα Μ ε ιον ε κτήματα Βιβλ ιογραφία

8 Εικόνα 1: Μ ηχανή εξω σωματικής κυκλοφορίας του αίματος.

9 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1 Τα πρώτα στάδια της μηχανής 1.1 Εισαγωγή Η παρούσα μελέτη έχε ι ω ς σκοπό τη βιβλιογ ραφικti ανασκόπηση τη ς δομής και τη λε ιτουργίας τη ς μηχαν1] ς εξω σωματικtiς κυκλοφορ ίας του αίματο ς (Εικόνα l). Η μηχανi1 εξω σωματικti ς κυκλοφορία ς απο τ ελε ί μια τεχνολογ ικti επανάσταση στην χειρουργικ1]. Ο ρόλο ς τη ς είναι να παρακάμπτ ε ι την λε ιτουργία τόσο τη ς καρδ ιάς όσο κα ι των πν ευμόνων κατά την διάρκεια πολύπλοκων καρδιακών ε π εμβάσεων. Για να επιτ ελεστούν οι επε μβάσεις αυτές είνα ι απαραίτητη η διακοmi κάθε κυκλοφορίας μέσα στην καρδιά και το σταμάτημα τη ς με παράλληλη ελάττωση τη ς θερμοκρασίας τη ς. Αυτό πρακτικά δεν θα 1;ταν συμβατό φυσικά με την ζωή και την επιβίωση του ασθενούς. Η διατήρηση της ζωής κατά την διάρκεια τέτοιων πολύπλοκων επεμβάσ εων έγ ιν ε εφικτ~i με την ανακάλυψη και τη χρήση τ~1ς μηχανή ς εξωσω ματικt; ς κυκλοφορ ίας. Προ κε ιμένου όμως να φτάσε ι η μηχανή αυτ~] στην τεχν ολογ ικt; τ ελε ιότ~1τα στ~1ν οποία βρίσκεται σήμερα έχουν πε ράσει δ εκα ετίες ολόκληρες πε ιραματισμών και τ εχνικών β ελτιώσεω ν σ ε παγ κόσμια κλί μ ακα. Μ ε την βοήθ ε ια αυτή ς της μηχανή ς σ1iμερα ε ίναι δυνατ1i η ε κτέλεση μ ε ασφάλε ια όλου του φάσματος τω ν καρδιοχε ιρουργ ικών επεμβάσεων και συγκε κριμένα η επιδιόρθωση ανωμαλιών σε παιδιά, παράκαμψη των στ εφανιαίων αγγείων, αντικατάσταση και επιδ ιόρθωση των καρδ ιακών βαλβίδων, αντικατάσταση μεγάλων τμημάτων τ~1 ς αορτής και μεταμοσχεύσεις καρδιάς.

10 1.2 Η χρήση της μηχανής σε ανθρώπους Εικόνα 2: Φωτογραφία τη ς αρχικής ε ργαστηρια1c1ί ς ομάδας που πραγματοποίησ ε π ε ιραματικές επε μβάσε ις στο κολλέγιο JeffeΓson το Η Joann Co1Όtl1eΓs 1Ίταν η πρ ώ τη χειρίστρια της μηχαν1ί ς εξωσωματ~κή ς κυκλοφορίας σ ε π ειράματα με κύν ες. Ο Δρ Gibbon μαζί μ ε την ε ργαστηρια1c11 ομάδα (εικόνα 2), ε ίχαν κάθε ε μπιστοσύνη ότι η επόμενη φάση, η χρ11ση των συσκευ<j.jν σ ε δ ιαδικασίε ς επάνω στους ανθρώπους, θα 1Ίταν επίση ς επιτυχ~ί ς. Συνεπώς, ο Δρ Gibbon άρχισε τη χρήση αυηί ς τη ς συσκευή ς στις ανθρώπινες εφαρμογές. Η καρδιάς-πν ευμόνων μηχαν1ί ( heίll't - lιιng ιη achin e ) αποστ ε ιρ ώ θη κε με πρ<ί.ηα να γε μίσ ε ι τη μηχανή πριν από τ~1ν προβ λεπόμενη λε ιτουργία, που ακολο υθ1ίθη κε από τις επαναλαμβανόμενες εκρο έ ς με αλατούχο πριν από την πλήρωση τη ς μηχανή ς με πέντε μονάδ ες αίματος.

11 Εικόνα 3: Φωτογραφία κατά τη δ ιάρκ ε ια τη ς πρώτη ς επιτυχούς καρδιοπνευμονικής παρ άκα μψης γ ια την χε ιρουργι1c1ί αποκατάσταση μεσοκολπική ς επικοινωνίας στις 6 Μαtου 1953 από τον DΓ Gibbon. ι πρό)τοι ασθενείς ήταν δύο μικρά παιδ ιά που δεν μπόρ εσαν να επιζi1σουν. Το Μάιο του 1953, ο Δr. ibbon εκτέλεσε επέ μβαση μεσοκολπικού διαφράγματος σε ν εαρή έφηβη αλλά λόγω ατελούς δόσ εωc παρίνη ς υπέστη θρόμβωση με αποτέλεσμα την διακοπi1 της λειτουργίας της μηχανή ς (εικόνα 3). i-: πέ μβ αση συνεχίστηκε υπό χειρωνακτική λειτουργία και η ασθ ενής επιβίωσ ε και ζε ι ακόμα. Στη1 πέ μβαση εκε ίνη ε ίχε υποστεί κα ι κοιλιακi1 μαρμαρυγή με ανακοπή που ανατάχθηκ ε με απινίδωση.

12 1.3 Ιστορική αναδρομή Στ ο τέλος τ ου δεύτ ε ρου παγ κόσμιου πολέ μου, η ε ρ11μωση πολλών πό λεων στην Ευρ ώπη, που συνδυάστηκ ε με τα προβλήματα τη ς αναδημιουργίας και της απώλε ιας οικονομικ11 ς ενίσχυση ς, ε ίχε φ έ ρ ει την ευρωπαϊκή ιατρική έ ρ ευνα σ ε μια στάση. Στις Ηνωμέν ες Πολιτ ε ίες ο πόλεμο ς επέφ ε ρ ε ένα τερό.στιο ποσό επιστημο νική ς έ ρ ευνας μέσω τη ς ανάπτυ ξη ς των πυρηνικών όπλων, τη ς μαζική ς παραγωγ1ί ς τη ς πενικιλίνη ς και των πρό ω ρων μορφ όj ν ηλεκτρονικών υπολογιστών που όμω ς ε ίχαν την δυνατότητα να φ έ ρουν σ ε πέ ρας πολύπλο κες αναλύσε ις. Στα άμε σα μεταπολε μικά έτη, άρχισ ε να δ ίν εται μεγάλη έ μφαση στην οικονομικ11 ενίσχυση τη ς Ιατρική ς Έρ ευνας και Τεχνολογίας. Για να γίν ε ι κατανοητ1i η σχέση μ εταξύ οικονομικών παραμέτρων και βιοϊατρική ς ανάπτυξης παρακολουθούμε τις αναλύσ ε ις μ ε νοί>με ρα. Τα ε θνικά κον δύλια προϋπολογισμού υγε ία ς για την ιατρικ1ί έ ρ ευνα το ταν $180,000. Μ έχρι το 1947, αυ ξήθηκε σ ε $4,000,000, το 1950 σ ε $46,000,000, και το 1974 σ ε $1 billion [1]. Μ έχρι το 2008, ο συνολικό ς προϋπολογισμό ς για θ έ ματα π ου αφορούσαν καρδιά και πν εύμονα 11ταν $3,000,000,000. Στα μεταπολε μικά χρόνια το παγκόσμιο ενδιαφ έρον για την ανάπτυξη και την έ ρ ευνα μετατοπίστηκε από την Ευρώπη στις ΗΠ Α με αποτ έλεσμα να μ ετατοπιστ εί και το κέντρο βάρου ς των σημαντικών επιστημονικόjν ανα καλύψ εων. Οι επε μβάσ ε ις καρδιά ς εκτελούντο στις αρχές τη ς δ εκα ετίας του '40 μ ε μια σ ε ιρά επε μβάσ εων που θα αδυνατούσαν να ε κτελεστούν χωρίς την χρ1ψη τη ς μηχαν1i ς εξωσωματικ11 ς κυ κλοφορίας όπως την επιδιόρθωση ενός αρτηριακού πόρου, την επιδιόρθωση μιας στ ένωσης αορτή ς, τη δημιουργία ενό ς μοσχεύματος κατά Bl a lo c k-taιι ss i g, την επιδιόρθωση μιας στ ένωσης μιτροειδού ς βαλβίδος και στις αρχές τη ς δ εκα ε τίας του 1950 την αποκατάσταση μεσοκολπικών επικοινωνιών με την χρ1ίση χαμηλή ς θ ε ρμο κρασίας του ασθ εν ού ς. Εντούτο ις, μ έχρι το 1950 έγιν ε προφαν ές σ ε όσους ασχολούταν με τις επε μβάσ ε ις καρ δ ιά ς ότι μια μηχαν1ί 11ταν απαραίτητη για την ασφαλ1ί και αποτελεσματικ11 αποκατάσταση όλου του φάσματο ς των καρδιακ άjν παθ11σ εων. Τα βασ ικά χαρ α κτηριστικά τα οποία θα έπρ επε να έχει μια τ έτοια μηχαν1ί είναι : - η ασφαλ1ί ς μέθοδο ς εξό δ ου από την λε ιτουργία της, - η απουσία καταστροφή ς των ερυθρών και άλλων έμμορφων στοιχε ίων του αίματος και - να έχε ι την δυνατότητα να οξυγονώσ ε ι το αίμα και να αποδώσει το διοξείδιο του άνθρακα κατά την διι 'φκε ια εκ ε ίνη που η καρδιά και οι πν εύμον ες θα βρίσκονται σ ε κυκλοφορική παύση.

13 1.3.1 Τα προβλήματα που αναπτ\)χθηκαν Οι πριί)τες 2 απαιτήσεις καλύφθηκαν εύκολα. 1-1 ηπαρίνη και η πρωταμίνη 1)ταν εύκολα διαθέσιμ ες και γνωσ τ ές γ ια την δράση τους στην Ιατρική κοινότητα. Στην τ εχνολογία της βιομηχανίας γαλακτοκομε ίων κα ι τροφίμων υπήρχαν αντλίες που θα μποροί)σε η χρ1)ση τους εύκολα να προσαρμοστε ί στην χορήγηση αίματος μέσα σ ε έναν ζωντανό οργανισμό. "fo πραγματικό πρόβλημα ~)ταν να αναπτυχθεί τεχνητός οξυγονωτι)ς. Αυτό αποδείχθηκε δύσκολο. Οι πρώτες προσπάθειες στην καρδιοπνευμονι1<1) παράκαμψη κατά τη διάρκεια εκείνων των ετών 1)ταν μια σειρά καταστροφών με ένα τρομ ερό ποσοστό θνησιμότητας. Πολλά έτι1 αργότερα, ο Walton Li!Jehei μελέτι1σε όλες τις ανοικτ ές επεμβάσεις καρδ ιών που αναφέρθηκαν στη χε ιρουργικ:11 βιβλιογραφία μεταξύ 1951 και Κατά τι1 δ ιάρ κεια εκείνων των 4 ετιί)v, 18 ασθενείς αναφέρθηκαν πως υπεβλ1)θησαν σε καρδιοχειρουργικ:11 επέμβαση σε 6 διαφορ ετικά κέντρα με την χρ~)ση εξωσωματι1<1)ς κυκλοφορίας. Υm)ρξαν J 7 θάνατοι και μόνο 1 επιζών. Ο τύπος οξυγονωτ11 που χρησιμοποη)θηκε ήταν χρησιμοποιούμενος 11δη. Ήταν τί>που μεμβράνη ς (για 8 ασθενείς), τύπου φυσαλίδων (για 4 ασθενείς), πνεύ μονας πιθήκων (γ ια 5 ασθενείς), και κανονικός πνεύμονας (για 1 ασθεν1)) [2]. Τότε ακούστι1κε ότι υm)ρξαν διάφορες πρόσθ ετες προσπάθειες που δεν αναφέρθηκαν ποτέ στη βιβλιογραφία με παρόμοια αποτελέσματα. Υπήρξαν ιστ ορίες που κυκλοφόρησαν όπως «5 θάνατοι στι1ν σειρά» και άλλες τραγικές φήμες. Μερικοί χειρούργοι σκέφτι1καν ότι ίσως η καρδιά δεν θα ανεχόταν ποτέ οποιοδήποτε τύπο χειρουργι1<1)ς επ έμβασης. Έχου ν δοθεί δ ιάφορες εξηγήσ ε ις για τα αρχικά αποτελέσματα. Δεν είχε δημιουργηθεί ακόμα μια αξιόπιστη καρδιοπνευμονική συσκευ1j και επο μένως κάθε ομάδα ε ίχε δημιουργ1)σ ε ι και από μία μηχανή με ρικές φορές βασισμένη στην περιορισ μένη εργασ τηρια1<1] εμπειρία του κάθε κέντρου. Ένα άλλο σοβαρό πρόβλημα 1Ίταν η απειρία των χειροίφγων σχετικά με αυτήν την ν έα τεχνολογία. Κάθε χειρούργος ήταν αυτοδίδακτος, κα ι οι πολλές μικρές κρίσιμες λεπτομέρειες μιας ε πιτυχού ς ανοικτι)ς επέμβασης καρδιάς έπρεπε να μαθευτούν με το σκληρό τρόπο, από τη δοκιμή και το λάθος. Η ε μβολή αέρα και η αιμορραγία 1)ταν πολύ συχνά προβλ~'1ματα. Ακόμη και τα πιο βασικά βήματα θα μπορούσαν να είναι ένα πρόβλημα επε ιδή τα όργανα που χρησιμοποιούνταν, οι τεχνικές συρραφ1)ς, και οι κάνουλες εξελίσσονταν ακόμα. "fέλος, επειδή μία ανοικτιί καρδιοχειρουργική επέ μβαση είχε ασύλληπτα μεγάλη θνησιμότητα, μόνο οι ασθενείς σ ε προθανάτια φάση εκτός δυνατότητας παθολογική ς αντιμετώπισης αναφέρονταν στους χειρουργούς. Δεν υπήρξε κανένα θεσμικό όργανο ελέγχου μέχρι και το 1974, και επομένως η απόφαση να δοκιμαστεί μια νέα πειραματι1<1) επέμβαση με τη χρήση τη ς μηχαν~'1ς αφέθηκε στη συν είδηση του Χειρούργου. Δεν υπ11ρχε κανένας συνήγορος για τον ασθεν1), και η ενημερωμένη συγκατάθεση ~ '1ταν αρκετά κάτω από αυτ11 που γνωρίζουμε με τα σημε ρινά πρότυπα. Μεταξύ 1950 και

14 1955, υπήρξαν 5 ιατρικά κέντρα που συμμετείχαν ενεργά στην ανάπτυξη μιας μηχανή ς ιiξωσωματικ1ίς κυκλοφορίας, κάθε μια μ ε μια διαφορετικ:11 σκέ ψη σχετικά με το πώς πρ έπει να λειτουργ1ίσει. Στην Ιατρική σχολ11 του Πανεπιστημίου του Τορόντο ο Williaιη MυstaΓd έφτιαξε μια μηχαν1ί εξωσω ματική ς κυκλοφορίας που χρησιμοποίησε τους απομονωμένους πνεύμονε ς πιθ1ίκων ως οξυγονωτίί. Εικόνα 4: Εικόνα από την συναρμολόγηση μιας μηχαν11ς εξωσωματικής κυκλοφορίας από τον DΓ DodΓill Το εγχείρημα Dr Dodι il\ Στο Ντιτρόιτ στο Wayne Stat.e Medical School, ο στρατολόγησε τη βοήθεια της AnΊeΓican Heaι-t Association (ΑμερικανιΚ1]ς Ένωσης Καρδιών) αλλά και των μηχανικών από το ε ρ ευνητικό τμήμα GeneΓal Motoι s για να αναπτύξει μια αντλία. Το όλο εγχείρημα ονομάστηκε Dodl'ill-GMR. [3]. Το σχέδιό του (Εικόνα 4) ήταν να παρακάμψ ε ι μόνο τη σωστή καρδιά 11 μόνο την αριστερή καρδιά για λιγότερα σύνθετα προβλ1ίματα όπως η πνευμονική στένωση ή η στένωση μιτροειδών βαλβίδων,

15 διαδικασίες που σκ έφτηκε πως δ ε θα απαιτούσαν οξυγονωτή. Για τις πιο σί>νθ ετες διαδικασίες, προγραμμάτισ ε να χρησιμοποι1ίσ ε ι τους πν εύμονες του ασθεν11 ω ς οξυγονωτ11. Εξέθ εσε 4 διαδ ι κασίες : J επιτυχές bypass για το δ εξ ί μέ ρο ς τη ς καρδιάς, 2 byphss για το αριστε ρό μέ ρο ς τη ς καρδιά ς για να ερ ευν1ίσ ε ι τη μιτροειδή βαλβίδα με την επιβίωση και των δύο ασθ ενών, και 1 byphss για ολόκληρη την καρδιά χρησιμοποιώντας τον αυτόλογο πνεύμονα ως οξυγο ν ωτ1ί. ΑυτιΊ η τελευταία λειτουργία πε ριέλαβ ε έναν ασθεν1ί με πνευμονικ~ί στ ένωση που δ εν επέ ζησε. Δ εν ακολούθησε αυτιίν τι1ν τεχνική μετά από τις πρώτες 4 διαδικασίες Τα άτομα που ασχολήθηκαν μ ε την ανάπτυξη της μηχανής Το πρόσωπο όμως που ασχολ1ίθηκε περισσότερο με τι1ν ανάπτυξη μιας μηχαν1ί ς εξωσωματ ι κ~ί ς κυκλοφορία ς 1Ίταν John Gibbo11 στο ιατρικό κολλέγιο J eiteγson..lohn Gibbon. Εικόνα 5: John Η. Gibbon, MD Ο άνθρωπος που ασχολήθηκε περισσότερο συστηματικά κα ι φανατ ικά από οποιονδ1ίποτε άλλον επάνω στο θέμα της μηχαν1ίς εξωσωματ ική ς κυκλοφορίας στο ιατρικό κολλέγιο.teffeγson στη Φιλαδέλφεια.

16 Ο Dennis δημιοίφγησ ε κι αυτός μία μηχανή χρησιμοποιώντα ς τροποποι~]σ ε ις από του ς προηγούμενου ς και αντλίε ς καθώ ς και ένα περιστρ εφόμε νο ο ξυγονωτή. Με την μηχαν11 αυτ1i έγιν ε εφικτό να χε ιρ ουργηθούν δύο ασθ εν ε ίς το Το ίδιο έτος ο De11nis συν ε ργάστηκε μ ε το ν JolH1 Lewis και διερευνούσαν τρόπους για να επιλυθ ε ί το πρόβλημα των καρδιακών επ ε μβάσ ε ων. Είχαν παρακολουθ1]σ ε ι την παρουσίαση του Williaιη Bigelow γιά την π ε ιραματικ1i υποθ ε ρμία και τη δυνατότητα ότι μια ασφαλ1ίς π ε ρίοδο ς κυ κλοφοριακίί ς καταστολ1ί ς Θα μπορούσε να γίν ε ι δυνητικά αν εκτή με την μ ε ίωση τη ς Θερμοκρασίας του σώματο ς. Ο Wulton Lillehei, αποκαλε ίται ω ς «πατέρας της ανοικτ1i ς χε ιρουργική ς επέμβασης καρδιών.» Ερ ευνούσ ε τη δυνατότητα να λε ιτουργήσ ε ι ένα ς πν εύμονας ω ς οξυγ ονωτιί ς για τι1ν καρδιοπν ευμον ικ1ί παράκαμψη στα σκυλιά. Ένα βράδυ συ ζητούσαν τι1 λε ιτουργ ία του πλακοί)ντα επειδή η σύ ζυγο ς τ ου C oheι1 ήταν έγ κυο ς. Κατά τη διάρκε ια αυτή ς τη ς συ ζ1]τηση ς, συν ε ιδητοποίησαν ότι η σί)ζυγο ς του Cohen ήταν ο ξυ γ ονωτιί ς γ ια το έ μβρυο. Έτσι οδη γ1iθηκαν στο συμπέρασμα ότι μπορ ε ί να χρησιμοποιηθ ε ί ένα μεγάλο σκυλί ω ς ο ξυγονωτιί ς για ένα μικρότερο σκυλί που χρησιμοποιε ί χαμηλότ ερη ροή. Αυτό αποκαλέ στι1κε «ελεγχόμενη διαγώνια κυκλοφορία.» Το αποτ έλεσμα του ς δι καίωσ ε και τ ελικά αποφάσισαν να π ε ράσουν σ ε κλινικές δοκιμ ές. Ο πρώτο ς ασθ εν1ί ς 1Ίταν ένα παιδί ενός έτους και ο πατέρας του Θα ήταν ο χορηγό ς. Δυστυχώς το παιδί (εικόνα 6) κατέλη ξε από πν ευμονία με ρικές μέ ρ ες αργότ ε ρα. 1-1 κριτικίί που ασκήθηκε στην επέ μβαση ήταν πολύ σκληρή αφού Θ εωρ1ίθηκε πω ς Θα αποτ ελούσ ε μια επέμβαση με δυνητικίi Θνητότητα στο 200%. Ο Lillel1ei συν έχισ ε να χρησιμοποιε ί την τεχνική αυτιi για του ς επόμενους 18 μήν ες. Εκτέλεσε συνολικά 45 επε μβάσ ε ις με την διαγώνια αιμάτωση και ε ίχε 28 επιζώντ ε ς.

17 Εικόνα 6: Διάγραμμα διαγώνιας τεχνική ς κυκλοφορίας που χρη σιμοπο11ίθηκε από τον Walto11 Lillehei το Χορη γό ς 11ταν η μη τ έ ρα ή ο πατέρας του παιδιού/ασθενή. Στι ς συζητήσεις που επακο λούθησαν παρά το γεγονός ότι οι κίνδυνοι ήταν ελάχιστοι έγ ιν ε προφανές ότι δεν 1Ίταν μηδ εν ικοί κυρίως για τον χορηγό, τη μητέρα ή τον πατέρα. Επίση ς η τεχνική αυτtί θα μπορούσ ε να γ ίνε ι μόνο σ ε μικρά παιδιά. Τα ποσοστά ροή ς γενικά ήταν πολύ χαμηλά για χρ~ίση σε ένα ενήλ ικα 1Ί σε μεγάλα παιδιά. Μία μέ ρα οι LilJehei και DeWaJJ συζητούσαν για μελλο ντικές επ ε μβάσε ις. Ο Li llel1ei επ ισήμανε ότι χρε ιαζόταν τεχνητός οξυγονωτής για την χορ 1Ίγηση στα μεγαλύτερα παιδιά και του ς ε νηλίκους. Έτσ ι ρώτησε τον DeWa ll εάν θα επιθυμούσε να αναλύσε ι το θ έμα αυτό για αρχ11 στο ε ργαστήριο. Ο Li llehei εξέφρασ ε την άποψη να μην μελετt1 θεί η σχετική βιβλιογραφία για την αποφυγή της επανάληψης πιθανού λάθους που έχει 1Ίδη γίνει, διότι θα μπορούσ ε να παρασύρ ε ι το μυαλό και τη σκέψη σε λάθος δρόμους. Συμβούλεψε λο ιπόν τον DeWall να έρθει σε επαφή με μια τοπική επιχε ίρηση που έκανε πολυβινιλικ~ί σωλ1ίνωση για τtl βιομηχανία μπύρας και τροφίμων, Mayon pla s ιics, Α.Ε. Τα πρώτα πε ιράματα του DeWall περιέλαβαν τον υπερβαρικό κορεσμό του αίματος με οξυγόνο, αυτό όμως προκαλούσε φυσαλίδες στην αποσυμπίεση. Παρατήρησαν επίσης ότι καθώς το αίμα έ ρ ευσε κάτω από την κλίση, το ελαφ ρύτερο αίμα με τις υπόλο ιπες φυσαλίδες αν1ίλθε στt 1 ν κορυφή και το βαρύτε ρο κιν1ίθηκε κατά μήκος του κατώτατου σημείου τ η ς σωλήνωσης (ε ικόνα 7). Εάν όμως χρησ ιμοποιούσαν 6 πόδια το αίμα θα μπορούσε να συλλεχθεί στο κατώτατο ση μ είο σε μια δεξαμενή χωρίς ορατές φυσαλίδες.

18 Εικόνα 7: Μία από τις αρχικές ο ξυγονωτικές μηχαν ές DeWal\ και μια αντλία Sign1Hn1otoΓ Πιθανών με τα σημ ε ρινά μέσα να βλέπαμε μικροσκοπικές φυσαλίδες μέσα στο σύστημα αλλά για την εποχή της η μηχαν1ί αυτ11 ήταν πρωτοποριακ~ί και χpησιμοποι11θηκε σ ε 1 Ο σκυλιά, με επιτυχ11 αποτέλεσμα και στα 10. Έτσι και ο Lillel1ei συμφώνησε πως θα έπρεπε να χρησιμοποιείται και στην χε ιρουρ γ ική αίθουσα. Η χρ1)ση τη ς τον Μάιο του 1955 ήταν τόσο επιτυχής που αντικατ έστησε γρήγορα την διαγώνια κυκλοφορία. Η πληροφορία αυτής της νέα ς ανακάλυψη ς έφ ερε γιατρούς από ολόκληρο τον κόσμο. Μ έσα σ ε ένα χρόνο η εταιρ ε ία Τηινeηοl άρχισ ε να ε μπορεύ εται ένα αποστειρωμένο αντίγραφο μία μηχανή ς ο ξυγονωηί DeWall. Ήταν αυηί η ανέξοδη συσκευή (εικόνα 8) που κατέστησ ε πιθανό για πολλά ιατρικά κέντρα να αρχίσουν ένα καρδιακό πρόγραμμα χειρουργικών επεμβάσεων. Πολλά έτη αργότερα στη συζ1)τηση ενός άρθρου που δόθηκε από τον Lillehei, ο Dent.on Cooley ανέφερε πως «Ο Walt Lillehei έφ ε ρ ε το ανοιχτηρι για τα ποτά μας στο πικνίκ των καρδιακών επεμβάσεων.» [4). Το ανοιχη)ρι ~)ταν, φυσικά, η μηχανή -οξυγονωη) ς του DeWllil.

19 Εικόνα 8: Οι Gott DeWall και Vi11cent Richaι-d μ ε μία από τις αρχικές μηχανές του ς Οι εξελίξεις της μηχανής Το 1952, Ο KiΓklin μετά από μια απογοητευτικ1] επέ μβαση πνευμον1κ1] ς στ ένωση ς μαζί με του ς συνεργάτες του Wood και Donald, αποφάσισαν με την σειρά τους ότι μια μηχαν1ί εξωσωματικl] ς Κ!lκλοφορίας ήταν αναγκαία για την ε κτέλεση ασφαλών καρδιακών επ ε μβάσε ων. Έτσι επισκέφτηκαν του ς 3 χειρούργου ς που αναμίχθη καν με την ανάπτυ ξη τη ς καρδιοπν ε υμονικl]ς παράκαμψη ς, τον Willi am Mu s thγd στο Τορόντο, τον Dodι-ill στο Detωit και τον Jolιn Gibbon στη Φιλαδ έλφ ε ια. Εκε ί αποφάσισαν να κατασκευάσουν μία μηχαν1] εξωσωματικl]ς κυκλοφορίας βασισμένη σε αυτήν που αναπτί>χθηκε από τον Gibbon και την ΙΒΜ Conψnny [5]. Ο Gibbo11 πολύ γενναιόδωρα τους έδωσε ένα αντίγραφο των σχεδιαγραμμάτων της μηχαν11 ς του και της συσσωρ ευμένης γνώσης 17 ετών εργαστηριακl]ς εργασίας του. Στα τελευταία έτη, ο Gibbon ομολόγησ ε ότι ήταν λίγο ανήσυχο ς που ο Ki1 kli11, με όλου ς του ς οικονομικού ς πόρου ς της κλινική ς Mayo, θα 1]ταν σ ε θ έση να ε κτελέσ ε ι πρώτο ς επεμβάσ ε ις [6]. Το τμ1]μα εφαρμοσμ ένη ς μηχανικ1] ς τη ς Mayo κατασκεύασε μία μηχανή που βασίστηκε μεν στο σχέδ ιο του Gibbon αλλά με μερικέ ς τροποποι1]σ ε ις. Έτσι πραγματοποη]θηκε η μηχανή εξωσωματικl]ς κυκλοφορίας από του ς Mnyo και Gibbon (εικόνα 9). Οι επεμβάσ ε ις τους άρχισαν τον Μάρτιο του 1955, οι 8 εκ των

20 οπο ίων προγραμματίστη καν με την συ μφω ν ία ό τι θα χε ιρ ου ργού σαν κα ι του ς 8 ασθ εν ε ίς ακό μα κ ι αν ο ι πρώτο ι 7 πέ θ α ναν. Έπειτα Θα σταματούσαν και θα αναθ εω ρούσαν τα αποτ ελέσ ματα π ριν προχωρ1ίσουν. Το απο τ έλεσμα 11ταν 4 ασθ εν ε ίς να επ ιζήσουν και 4 να π εθάνουν. Ε ικόνα 9: Η μηχανή εξωσω ματικ:~ί ς κυκλοφορίας Mayo-Gibbon Για μια μικρ 1Ί χρ ο νικ:~ί π ε ρίοδο ( ), υπήρξαν μόνο 2 γιατροί κ αι 2 μόνο νοσο κομε ία στον κόσμο 6που η ανοικτή χε ιρουρ γ ικ:~ί επέ μβαση καρ δ ιάν γινόταν σε καθη με ρινή βάση. Ο ιiljeh e i στο παν επιστ~ίμιο Μιν εσ6τα ς και 60 μίλια μακριά, ο Jol1n Kiι"k l i n στην Mayo Clinic. Μ έσα στα χρόνια π ου ακολοί>θησαν η μηχαν1ί εξ ωσωματικ:~ί ς κυκλοφορία ς υπέ σ111 πολλαπλέ ς δ ιορ θώσε ις τ όσο στη ν βασικ~ί δο μ1ί 111 ς όσο και στα μηχανικά τη ς μ έ ρη και εξαρτηματα που τη συν6δευαν. ΣΊ1 με ρα οι επε μβάσε ις αυτές μπο ρούν και εκτελούνται με σχετικά μεγάλη ασφ άλε ια κ αι σε παγκόσμιο ε πίπ εδ ο σό)ζουν εκατομμύρια ζω ές.

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ2 Οι αντλίες 2.1 Κατηγοpίι;ς αντλιών Αντλίες κ1jλίνδpων Η αντλ ία ε ίναι ένα μηχάνημα που χρησιμοποι ε ίται γ ια την μετακίνηση υγρών. Οι αντλ ίες γ ενικά επιτυγχάνουν την κίνηση του υγ ρού μέσω μηχανι1c11 ς δράση ς. Το ασφαλές και ευπpοσάρμοστο σύστημα Ενότητες αντλιών κυλίνδρω, 1 : Το σχέ διο των HL MAQUET 20 (ονομασία του συγκε κριμένου τύπου αντλίας) δε ίχνε ι ότι οι πε ρισταλτικές αντλίες κυλίνδρων προσφ έρουν την ακρίβ ε ια, τη διάρκε ια, τη μεταβλητότητα και την ευκολ ία στο χε ιρισμό. Ό λες οι αντλί ες τρ έχουν 1Ίσυχα και ομαλά στο ασφαλές χαμηλή ς τάση ς ηλε κτρικό ρ εύμα που παρ έχε ται από την κονσ ό λα. Δ ε ν υπάρχε ι κανένα καλώδιο που να τα συν δέε ι. Λ όγ ω του συμπαγού ς μεγ έθου ς και του χαμηλού βάρους του ς, οι αντλί ες αφαιρούνται εύκολα και επανατοποθετούνται επάνω στην κονσόλα απλά με την ανύψωση ή την τοποθ έτηση τη ς ενότητας επάνω στην καθοδηγημένη θ έση. Η σειρά των αντλιών κυλίνδρων αποτελείται από: )... ενιαία ενότητα κυλίνδρων αντλιών )... ενότητα δίδυμη ς αντλίας, η οποία προσφ έ ρ ε ι δύο μικρ ές αντλί ες κυλίνδρων, αν εξάρτι1τες η μία από την άλλη, σ ε μία μονάδα συνηθισμένου μ εγ έθου ς μοντέλου. Η δίδυμη ενότητα αντλιών ε ίναι κατάλληλη για τις εφαρμογές που απαιτούν χαμηλότε ρα ποσοστά ροής, όπως το παιδιατρικό ράντισμα, η καρ δ ιοπληγία, η αναρρόφηση ή ο εξα ε ρισμό ς.

22 Εικόνα 10: Ενιαία ενότητα αντλ ιώ ν κυλίνδρων Δίδυμη αντλία Οι αντλίες προσφέρουν: ).> εμπρόσθια και αναστρ έ ψιμη πε ριστροφή ).> κεντρική λαβή έ μφραξη ς, κλε ιδώσιμη και ακριβ1] ς στη ρύθμιση ).> μ εγάλη τετραψ1]φια αλφανουμε ρι1<1] επίδ ε ιξη για τη ροi1 και την ταχύτητα ;... οκταψ1]φια αλφανουμερι1<1] επίδ ε ιξη γ ια τον τρόπο λε ιτουργ ίας, το μ έγεθο ς σωλ1]νων και τα μηνύματα κατάσταση ς ).» 8 προγραμματισμένου ς τρόπου ς λε ιτουργία ς συμπε ρ ιλαμβανομένη ς τη ς καρ δ ιοπληγία ς ).> συν εχ1] και παλμική λε ιτουργία μν1)μη βαθμολόγηση ς μέχρι και 4 μεγ έθη σωληνώσ εων ).> πλ1]ρη έλεγχο με εποπτε ία των μονάδων ).> πλήρη ς σε ιρά ελέγχου προστασίας τη ς υπερφόρτωση ς, τη ς παραγωγ1) ς θ ε ρμότητας και τη ς επικοινωνία ς

23 Εικό\Ια 11: Δίδυμη ενότητα αντλιών Σύστημα Rotaflow Το σύστι1μα ROΊΆFLOW (εκ περιτροπής ροή) αποτελείται από: )..- μία κονσόλα ρο1iς, μία ενότητα ελέγχου με τριπλές παροχές ηλεκτρικού ρεύματος που περιέχει κεντρικούς αγωγούς, τη μονάδα HL 20, ή μπαταρίες )..- μία μονάδα κίνησης με την ενσω ματωμένη μέτρηση ροής και φυσαλίδων. Ένας πολλαπλό ς καθοδηγούμενους υδραυλικός κάτοχος επιτρ έπει το βέλτιστο προσδιορισμό της θέσης τη ς μονάδα ς κίνησης )..- ένα σύστημα έκτακτης ανάγκης, μια χειρωνακτική κίνηση με δείκτη ταχύτητας ;... μια φυγοκεντρικ~i αντλία, ένα διαθέσιμο κεφάλι αντλιών μ ε ενσωματωμένο καθετ~iρα σύνδεσης ροής

24 Αντλία κονσόλων ROTAFLOW: Το σύστη μα φυγοκε ντρικών αντλ ιών ROTAFLOW, ε ίναι έ να φυσ ι κό μέρο ς των αντλ ιών HL 20, που μπορ ε ί ε πίση ς να χρησιμοποιηθ εί ως πλ1)ρως ανεξάρτητη αυτόνομη μονάδα. Η μοναδικ1) ρο1) σε συνδυασμό με τη φυσαλίδα που μετρά τη λε ιτουργ ία αποτελούν ένα αναπόσπαστο τμ1)μα του συστ ι]ματος ROTAFLOW. Το σύστημα ROTAFLOW προσφέρει: ).> Απολύτως ανεξάρτη τη -αυ τόνομη εφαρμογ1) γ ια την άμεση παροχ1) η λεκτρικού ρ είψατο ς κεντρικών αγωγών, ενσωματωμένη υποστι)ρ ιξ η μπαταρ ιών, μετρήσε ις επ ιπέδων και πίεση ς μ ε τους εξω τερικού ς (προα ιρ ετικούς) μετατροπε ίς. ).> Ενσω ματω μένους αισθητι)ρες ρο1)ς κα ι φυσαλίδων ).> Χωρ ιστές επιδε ίξεις ροή ς και ταχί>τι1τας '; Σταθερό τρ όπο ρο1)ς κατά τι1 λε ιτουργία τι1 ς Καταλλη λό τι1τα για τι1ν παλμικl) λε ιτουργ ία Εικόνα 12: Το σύστι1μα φυγοκεντρικών αν τλιών ROTAFLOW- ροή ς μπορ ε ί επίση ς να χρησιμοποιηθεί ως πλήρως ανεξάρ τητη αυ τόνομη μονάδα.