Устройство экстракорпоральной аппаратной перфузии донорских органов внутри тела донора

Устройство экстракорпоральной аппаратной перфузии донорских органов внутри тела донора

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения перфузии, предназначенным для восстановления и поддержания жизнеспособности донорских органов после остановки естественного кровообращения для осуществления последующей трансплантации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В современном мире трансплантационное сообщество вплотную подошло к необходимости создания перфузионных устройств, предназначенных для сохранения жизнеспособности донорских органов для последующей трансплантации, поскольку перфузионное восстановление и сохранение жизнеспособности органов способно увеличить шансы для спасения жизней и излечения достаточно большого числа пациентов, благодаря развитию трансплантологии.

Известно, что статическая - бесперфузионная гипотермическая - холодовая - консервация в настоящее время является наиболее распространенной во всем мире способом хранения донорских органов в связи с простотой применения, доступностью и относительной дешевизной метода и заключается в помещении донорского органа непосредственно после эксплантации в герметичную емкость с холодным консервирующим раствором, температура которого поддерживается в диапазоне от 4 до 8°C, с последующим хранением донорского органа в специальном контейнере. Трансплантация органов, подвергшихся статическому холодовому хранению в большинстве случаев, сопровождается развитием отсроченной функции, повышенной частотой кризов отторжения, снижением срока службы трансплантатов. Статическое холодовое хранение трансплантатов применимо лишь для органов, полученных от доноров, у которых зафиксирована смерть мозга. Статическая холодовая консервация пострадавших от недостатка кислорода органов на сегодняшний день является нерациональной, особенно на фоне все более широкого использования трансплантатов от доноров.

Актуально применение экстракорпоральной нормотермической перфузии донорских органов до осуществления эксплантации и после нее, для восстановления в них кровообращения и обеспечения снабжения донорских органов кислородом, поскольку такой способ сохранения и восстановления жизнеспособности органов состоит в обеспечении доступности трансплантации широкому кругу нуждающихся за счет применения портативных перфузионных устройств для реализации технологии нормотермической перфузии органов до, во время и после эксплантации.

Эффективность такого подхода состоит в полном восстановлении и поддержке функциональной пригодности органов, что нельзя осуществить без применения аппаратных методов перфузии.

Известно устройство для перфузии изолированных органов [1], в котором для увеличения срока жизнеспособности изолированного органа во время перфузии его масса поддерживается постоянной, за счет устройства для измерения массы с тензодатчиками, эластичной камерой, дополнительным насосом диафрагменного типа с дополнительной камерой, диализатором, а также электропневмоклапаном, увлажнителем воздуха с дополнительным нагревателем, источниками давления и вакуума, соединенными последовательно с камерой, кроме того, тензоусилителем, устройством задержки импульсов, тактовым генератором привода и регистрирующим устройством.

Также известно устройство [2] для перфузии изолированного органа. Изобретение заключается в том, что изолированный орган - селезенку помещают в перфузионную камеру со стерильным физиологическим раствором, а с помощью использования рабочей камеры, заполненной подогретой водой - 37°C, и эластичной камеры выполняется гидромассаж органа, что позволяет увеличить время жизнеспособности органа за счет обеспечения адекватной микроциркуляции и снижения травмы органа.

Известно также устройство для перфузии изолированной печени [3], в котором для приближения условий перфузии к физиологическим изолированную печень располагают между двумя эластичными мембранами, перфузионную камеру заполняют водой и при помощи источника подают воздух в эластичный мешок, уровень жидкости при этом колеблется с небольшой амплитудой, в результате этого изменяется положение мембраны, последняя оказывает давление на печень, имитируя воздействие диафрагмы, а другая мембрана имитирует воздействие на печень органов брюшной полости, в частности кишечника.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению можно считать устройство для консервации печеночного трансплантата в условиях нормотермии [4], которое заключается в том, что печеночный трансплантат помещается в специальную емкость, наполненную консервирующим раствором, который пропускают через трансплантат и сливают в эту же емкость, покрывая его им. Консервирующий раствор представляет собой кровь или раствор эритроцитов в сыворотке.

Недостатком данного изобретения является то, что в таком устройстве отсутствует система удаления активированных лейкоцитов из перфузионного контура, что не позволяет полноценно восстановить проходимость микроциркуляторного русла трансплантата и избежать повреждения эндотелия за счет эндотелиально-лейкоцитарного взаимодействия.

Также к недостаткам способа можно отнести отсутствие в устройстве системы проверки и контроля проходимости микроциркуляторного русла, что создает предпосылки для повреждения структуры органов за счет избыточного перфузионного давления.

Помимо этого, отсутствует возможность быстрого подключения устройства как в теле донора, так и вне его, что увеличивает время безперфузионного периода и дополнительного повреждения структурных единиц органов.

Еще одним недостатком является отсутствие в устройстве контроля объема перфузата, что исключает возможность отслеживания потери перфузата за пределы перфузионного контура, это снижает эффективности перфузии и создает предпосылки для неадекватного состава перфузата, что снижает его функциональные свойства.

Техническим результатом, для достижения которого направлено указанное изобретение, является создание такого устройства, которое обеспечивало бы восстановление и поддержание жизнеспособности донорских органов после остановки естественного кровообращения для их последующей трансплантации, позволяло бы восстановить проходимость микроциркуляторного русла трансплантата и избежать повреждения эндотелия за счет эндотелиально-лейкоцитарного взаимодействия, осуществлять контроль проходимости микроциркуляторного русла, позволяло бы сократить время безперфузионного периода, позволяло бы осуществлять контроль объема перфузата.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат достигается тем, что предложен следующий вариант изобретения:

Предложено устройство для проведения экстракорпоральной аппаратной перфузии донорских органов внутри тела донора, включающее для предотвращения повреждения внутренних органов донора и снижения возврата перфузата за счет дополнительного введения необходимого объема раствора, предназначенного для защиты таких органов, как сердце, печень, почки, легкие, при трансплантации, транспортировке и пересадке от донора к реципиенту, в венозное русло не менее двух инвазивных датчиков давления, не менее одного из указанных датчиков установлено на входе в артериальную канюлю и не менее одного из указанных датчиков установлено на выходе из венозной канюли, а также лейкоцитарный фильтр, оксигенатор, насос, блок управления и энергопитания насоса, датчики давления снабжены обратной связью, а также механизмом контроля объема перфузата, который реализован в блоке управления и энергопитания насоса, в системе энергопитания реализованы встроенные аккумуляторы, для обеспечения использования в отсутствие источников электрического питания, насос и блок управления и энергопитания насоса включают механизм постепенного увеличения оборотов ротора насоса в зависимости от разницы давлений на артериальной и венозной канюлях, а также для сокращения времени сборки устройства на период до 15 минут используется упрощенная система экстракорпоральных перфузионных трубок (исключающая использование венозного резервуара), для соединения компонентов устройства.

Сущность предложенного устройства, заявленного в качестве изобретения, заключается в моделировании физиологических условий в донорских органах непосредственно внутри тела донора, то есть в возобновлении в них искусственного кровообращения с оксигенацией крови, или перфузата на ее основе с использованием для этих целей устройств на основе насосов, обеспечивающих экстренность применения собранного перфузионного контура, а также применении алгоритма «обратной связи», используя датчики давления, включенные в перфузионную систему на входе в артериальную канюлю и на выходе из венозной канюли.

Устройство включает насос с блоком автоматического управления и автономного энергопитания, лейкоцитарный фильтр, оксигенератор, не менее двух инвазивных датчиков давления, не менее одного из указанных датчиков установлено на входе в артериальную канюлю и не менее одного из указанных датчиков установлено на выходе из венозной канюли и систему соединительных трубок.

В работе устройства реализован механизм обратной связи, обеспечивающий постоянную двухканальную регистрацию измеренных величин давления в перфузионном контуре донорских органов на входе в артериальную канюлю и выходе из венозной канюли, и зависимое от этих величин управление двигателем насоса, что обеспечивает снижение количества оборотов ротора насоса при возрастании периферического сопротивления в регионе перфузии, что обеспечивает снижение риска повреждения микроциркуляторного русла.

Контроль измеренных показателей давления на входе в артериальную канюлю и выходе из венозной канюли осуществляется блоком автоматического управления и автономного энергопитания. Оценка эффективности работы ротора насоса осуществляется за счет автоматического вычисления разницы давлений на артериальной и венозной канюлях. Определение разницы давления реализует безопасный режим скорости перфузии и оптимальные перфузионные характеристики восстановления и поддержания жизнеспособности донорских органов.

Наличие датчика давления на венозной канюле обеспечивает контроль объема перфузионного раствора в регионе перфузии, при показаниях датчика о снижении объема в устройстве предусмотрено восполнение раствора, предназначенного для защиты таких органов, как сердце, печень, почки, легкие, при трансплантации, транспортировке и пересадке от донора к реципиенту, для защиты венозного трансплантата при замене коронарных сосудов, например «Кустодиол», что обеспечивает сохранять постоянство состава перфузата для поддержания физиологических условий и поддержания постоянного давления внутри контура устройства, а также по данным используемого объема перфузата, полученным по данным с датчика давления, оценивают степень проходимости микроциркуляторного русла. Наличие в составе перфузионного контура лейкоцитарного фильтра позволяет удалить активированные лейкоциты и их конгломераты из региона перфузии, что значительно снижает степень реперфузионной травмы, а также иммунологической реакции в виде криза отторжения в раннем послеоперационном периоде после трансплантации.

Использование в составе устройства оксигенатора, соединенного с источником кислорода, дает возможность полноценно восстанавливать аэробные обменные процессы в донорском органе, что наряду с применением режима нормотермии позволяет моделировать физиологические условия, создавая предпосылки к восстановлению функционального состояния органа, и восстанавливать гомеостаз клеток, а также проводить его модификацию за счет введения медикаментозных препаратов в контур перфузии.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, где:

1 - артериальный датчик давления

2 - венозный датчик давления

3 - блок пульсового давления

4 - пороговый блок

5 - блок управления насосом (6)

6 - насос

7 - оксигенатор

8 - лейкоцитарный фильтр

Пример

В клинической практике заявленное устройство в качестве изобретения применялось при работе с двумя донорами с внезапной необратимой остановкой кровообращения, главной особенностью которых явилось то обстоятельство, что смерть от остановки сердечной деятельности была констатирована до извещения донорской службы о наличии потенциального донора, а изъятие не начиналось до прибытия судебно-медицинского эксперта, что определяло критические сроки первичной тепловой ишемии. Донорами стали две женщины в возрасте 27 лет - №1, причина смерти - ОЧМТ, УГМ, и 48 лет - №2, причина смерти - Массивный САК, время первичной тепловой ишемии составило 55 и 63 минуты соответственно, доза вазопрессорной поддержки и в одном, и в другом случае была 6 мкг/кг/мин, оба донора имели исходный удовлетворительный уровень азотемии и диуреза, находившейся в пределах нормы. Экстракорпоральная нормотермическая перфузия абдоминальных донорских органов in situ с использованием макета аксиального (осевого) насоса и удалением лейкоцитов проводилась модифицированной аутологичной кровью доноров в течение 140 и 142 минут. Начальная скорость перфузии составила 1 л/мин, в течение 15 мин достигала 5 л/мин, уровень подачи кислорода устанавливался постоянный 350 мл/мин. Уровень лейкоцитов в перфузионном контуре снизился до 0,78×10⁹/л в первом случае от исходного и 0,66×10⁹ /л во втором. Уровень гемоглобина и гематокрита составлял 34,1-0,30 г/л и 37,2-0,32 г/л соответственно. Реципиентами почек стали 4 пациента, находящиеся на заместительной почечной терапии программным гемодиализом. Средний возраст пациентов составил 46,75±0,75, 3 женщины, 1 мужчина. Схемы иммуносупрессии включали 3 компонента - ингибиторы кальциневрина, препараты микофеноловой кислоты и глюкокортикоиды в стандартных дозах. Срок наблюдения результатов пересадок почек от доноров с использованием перфузионного «оживления» почек до их эксплантации составил 1 год. В 100% случаев наблюдалось немедленное восстановление функции трансплантатов. Среднее значение креатинина сыворотки крови к первому году после трансплантации составило 84±13,1 мкмоль/л, что соответствует удовлетворительной функции почечных трансплантатов.

Особенностью применения данного устройства у донора являлось то, что на экран блока управления и энергопитания насоса выводились данные с венозного датчика давления, что отражало степень заполнения венозного русла перфузионным раствором и обеспечивало механизм обратного контроля объема перфузата. Снижение показателей данного параметра свидетельствовало о снижении возврата по венозной канюле и позволяло своевременно выполнить дополнительное введение необходимого объема раствора, предназначенного для защиты таких органов, как сердце, печень, почки, легкие, при трансплантации, транспортировке и пересадке от донора к реципиенту, для защиты венозного трансплантата при замене коронарных сосудов, например «Кустодиол», в венозное русло, тем самым предотвратить снижение перфузионного давления на артериальной канюле и оценить степень отека (проходимость) микрососудистого русла. В состав устройства было включено не менее одного датчика давления, установленного на входе в артериальную канюлю, и не менее одного из датчиков давления, установленного на выходе из венозной канюли, а осевой насос и блок управления и энергопитания насоса включали механизм постепенного увеличения оборотов ротора насоса в зависимости от разницы давлений на артериальной и венозной канюлях. Для сокращения времени сборки устройства на период до 15 минут использовалась упрощенная система экстракорпоральных перфузионных трубок (исключающая использование венозного резервуара), для соединения компонентов устройства, а в системе энергопитания блока управления и энергопитания насоса были реализованы встроенные аккумуляторы, позволившие обеспечить использование устройства в отсутствие источников электрического питания и осуществить транспортировку донора из отделения реанимации в операционную при продолжении работы устройства. Таким образом:

- в устройстве применен механизм обратной связи, обеспечивающий постоянную двухканальную регистрацию измеренных величин давления в перфузионном контуре донорских органов на входе в артериальную канюлю и выходе из венозной канюли, и зависимое от этих величин программное управление двигателем насоса микронасоса, что обеспечивает снижение количества оборотов ротора насоса при возрастании периферического сопротивления в регионе перфузии;

- устройство является экстренно собираемой конструкцией с автономным источником питания, минимальным числом комплектующих и интуитивно понятным интерфейсом пользователя, что не требует специальной подготовки и позволяет применять устройство реаниматологам, перфузиологам, трансплантационным координаторам и бригадам эксплантации;

- наличие датчика давления на венозной канюле - на выходе из перфузионного контура - позволяет контролировать объем перфузата и своевременно его дополнять, так как во время перфузии в теле донора возможны потери перфузата в межклеточное пространство, данные венозного датчика давления позволяют дополнять объем перфузата раствором, предназначенным для защиты таких органов, как сердце, печень, почки, легкие, при трансплантации, транспортировке и пересадке от донора к реципиенту, что позволяет сохранять постоянство состава перфузата в течение перфузии.

Технический результат достигнут тем, что предложенный вариант такого устройства, которое обеспечивает восстановление и поддержание жизнеспособности донорских органов после остановки естественного кровообращения для их последующей трансплантации, позволяет восстановить проходимость микроциркуляторного русла трансплантата и избежать повреждения эндотелия за счет эндотелиально-лейкоцитарного взаимодействия, осуществлять контроль проходимости микроциркуляторного русла, позволяет сократить время бесперфузионного периода, позволяет осуществлять контроль объема перфузата.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для проведения экстракорпоральной аппаратной перфузии донорских органов кровью донора внутри его тела в условиях нормотермии, то есть при температуре, подобной температуре человеческого тела, для восстановления и сохранения длительной жизнеспособности органов в умершем человеке.

Устройство может быть использовано в работе центров органного донорства, отделениях реанимации и интенсивной терапии, отделениях сердечно-сосудистой терапии, отделениях онкологии. Перспективным также представляется использование данного устройства для транспортировки донора для проведения дополнительных исследований (коронарографии, ангиографии (в т.ч. церебральной), СКТ). Устройство также может быть рекомендовано для широкого использования в научно-исследовательских целях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент SU 1464324.

2. Патент SU 1687262.

3. Патент SU 479466.

4. Патент RU 2489855.

Фиг. 1

В соответствии с формулой изобретения и описанием чертежа (см. фиг. 1), на котором:

1 - артериальный датчик давления

2 - венозный датчик давления

3 - блок пульсового давления

4 - пороговый блок

5 - блок управления насосом (6)

6 - насос

7 - оксигенатор

8 - лейкоцитарный фильтр

Устройство для экстракорпоральной аппаратной перфузии донорских органов внутри тела донора, выполненное с возможностью работы от сети или автономного источника питания и включающее перфузионный контур донорских органов с лейкоцитарным фильтром, оксигенатором, насосом с блоком управления и энергопитания насоса, артериальной и венозной канюлями и датчиками давления, подключенными с возможностью реализации алгоритма «обратной связи», обеспечивающего постоянную двухканальную регистрацию измеренных в перфузионном контуре донорских органов величин давления и программное управление двигателем насоса, при этом один из датчиков давления установлен на входе в артериальную канюлю, другой установлен на выходе из венозной канюли, оксигенатор соединен с источником кислорода, а блок управления и энергопитания насоса имеет возможность контроля объема перфузата и подключен с возможностью увеличения оборотов ротора насоса в зависимости от разницы давлений на артериальной и венозной канюлях.