История учения про искусственное кровообращение (укр)

У 2003 pоці світова кардіохірургія відзначає 50-річний ювілей першого вдалого використання штучного кровообігу (ШК) для виконання внутрішньосерцевої операції під контролем зору. Проте операції на серці, її виконав John Gibbon в умовах ШК у

У 2003 pоці світова кардіохірургія відзначає 50-річний ювілей першого вдалого використання штучного кровообігу (ШК) для виконання внутрішньосерцевої операції під контролем зору. Проте операції на серці, її виконав John Gibbon в умовах ШК у 1953 pоці в США, передувала тривала експериментальна підготовка, у якій СРСР був лідером. Автором ідеї ШК вважають LeGallois (Франція), який у 1812 pоці висловив припущення про можливість підтримки життєдіяльності хворого за допомогою внутрішньосудинної інфузії артеріальної крові. У 1869 pоці Ludwig (Німеччина) довів, що перемішування крові з повітрям призводить до її оксигенації. Bunge (Німеччина) у 1876 pоці виконав ізольовану експериментальну перфузію нирки. Втілення ідей щодо оксигенації крові в різних приладах відбувалося на межі XIX-XX ст. Пінний (Schroder, 1882) циліндричний плівковий (Frey, 1885) і дисковий (Hooker, 1910) оксигенатори були прототипами штучних «легенів», але всі вони не мали прикладного значення внаслідок згортання крові [9]. Лише завдяки відкриттю гепарину (МсСlеаn, 1915) стала можливою тривала перфузія із застосуванням штучних пристроїв. На початку XX ст. пріоритет у цій сфері належав Росії.

Хоча інженерно-технічні рішення щодо конструкції окремих елементів (таких, як насоси та оксигенатори) уже існували за кордоном, все ж таки перший у світі винахід апарата штучного кровообігу (АШК) — автожектора зі штучними «легенями» оригінальної конструкції — належить А. А. Брюхоненку. За допомогою цього апарата він уперше в світі виконав перфузії для оживлення відокремленої від тулуба голови собаки (1924-1926) і тварин, що були в стані клінічної смерті (1927-1930). У його лабораторії в 1927 pоці М. М. Теребинський виконав перші у світі експериментальні внутрішньосерцеві операції в умовах ШК [3].

Велика Вітчизняна війна припинила ці дослідження, і першими в клініці застосували ШК учені США.

У 1937 pоці John Gibbon розробив АШК і розпочав експериментальні перфузії на котах, а в 1953 pоці він був готовий до операцій на відкритому серці людини в умовах ШК. Перша спроба була невдалою, але друга операція з приводу закриття вторинного міжпередсердного дефекту, яку виконано в травні 1953 pоку, відкрила еру ШК у кардіохірургії. Дивно, але операція не викликала ентузіазму в інших хірургів, що пояснюється двома причинами. По-перше, на той час J. Lewis провів численні успішні операції з приводу закриття міжпередсердної перегородки під загальною гіпотермією. По-друге, наступні 5 операцій, зроблені J. Gibbon з використанням ШК, закінчилися летально, і він назавжди залишив хірургію на відкритому серці [6, 8].

З 1951 до 1954 pоку у світі різні автори зареєстрували 18 спроб застосування ШК. Можливо, їх було й більше, але не про всі повідомляли в пресі, бо летальність була надто високою. Загалом до операцій на серці почали ставитися з песимізмом, що знайшло відображення в теорії «sick human heart».

У її основі лежало припущення, нібито ослаблені основним захворюванням і недостатністю кровообігу серце та інші органи не мають достатніх резервів для швидкого відновлення після ШК. Цим намагалися пояснити негативний досвід клінічного використання ШК під час операцій на серці. Теорія «sick human heart» сприяла виникненню ідеї механічної підтримки серця, а інтерес до операцій із застосуванням ШК швидко згасав [6, 8].

Поштовхом до подальшого розв’язання проблеми стали операції на відкритому серці в дітей в умовах перехресного кровообігу з донорами (переважно батьками). Їхнім автором був C. W. Lillehei, який виконав у США першу операцію 26 березня 1954 pоку. Артерії і вени батьків і дітей з’єднували трубками. Помпа перекачувала артеріальну і венозну кров між двома тілами. Хоча внутрішньосерцеві втручання відбувалися в умовах мінімального кровообігу і нормотермії, їхні наслідки і швидкість відновлення хворих після операції були вражаючими. Завдяки високим резервам дорослих донорів метаболічні порушення дитячого організму компенсувалися ще під час основного етапу операції. У 1954-1955 pоках, коли кислотно-основний стан та вміст газів у крові не визначали, а на дослідження вмісту електролітів крові витрачали до 6 годин, вирішальну роль відігравала «природна» регуляція гомеостазу внаслідок перехресного кровообігу [3, 8].

Вирішальним технічним досягненням у галузі хірургії відкритого серця стало створення у 1955 pоці бульбашкового оксигенатора De Wall-Lillehei, удосконаленого в 1956 pоці V. L. Gott. Цей оксигенатор мав вигляд одноразового пластикового мішка. Він значно підвищив безпечність й ефективність перфузій та зробив ШК загальнодоступним. Відтоді розпочався бурхливий розвиток кардіохірургії. Принцип спінення крові для її оксигенації став на той час ключовим технічним рішенням заміни легенів [8].

Першу успішну операцію на відкритому серці в Росії виконав О. О. Вишневський у 1957 pоці. В Україні це зробив М. М. Амосов у 1960 pоці, який застосував АШК власної конструкції. Сьогодні ШК — загальноприйнята методика, застосування якої дало змогу виконати сотні тисяч операцій у всьому світі і понад сто п’ятдесят тисяч в Україні. Піонерами розробки методів клінічного застосування ШК у Росії були С. Ш. Харнас, В. П. Осипов, А. А. Писаревський, Е. П. Кобахідзе, в Україні — М. М. Амосов, І. Л. Ліссов, Р. Д. Габович, М. Ю. Атаманюк [1, 5].

На сьогодні завдяки розвитку технологій біополімерів створено оксигенатори з порожнистих волокон, що моделюють капілярний кровообіг. Розроблено високотехнологічні конструкції насосів, що не травмують кров. Поверхні, які контактують із кров’ю, мають спеціальне біосумісне покриття з антикоагулянтними властивостями. Це дає змогу проводити багатогодинні перфузії і механічну підтримку серця та легенів протягом багатьох діб, а іноді й тижнів.

Таким чином, завдяки потребам серцевої хірургії почали з’являтися перші штучні органи. Виник новий напрямок — перфузіологія як наука про підтримку життєдіяльності і тимчасову заміну функцій організму за допомогою екстракорпоральних і вживлюваних масообмінних пристроїв, через які тече кров.

Одночасно з ШК розвивалися методи механічної підтримки серця при серцевій слабкості. У 60-ті роки застосовували так званий обхід лівого шлуночка (ліве передсердя — аорта) за методикою американських учених С. Dennis (1962) і De Bakey (1971). Нині ця методика реалізована в штучних шлуночках, що їх імплантують, і відцентрових насосах, які мінімально травмують кров [3,4].

Згодом почали вводити пункційно безпосередньо в аорту високошвидкісні мікротурбіни. Цю методику вперше апробував D. Сооіеу в Х’юстоні (США) [9].

Простим і ефективним засобом виведення хворого з кардіогенного шоку при інфаркті міокарда є внутрішньо-аортальна балонна контрапульсація. Автор цієї ідеї A. Kantrowitz, але поряд із ним розробили оригінальну методику контрапульсації W. C. Britwell і S. C. Moulopoulos (1957-1962) із США [4].

За тяжкої патології легенів, коли штучна вентиляція неефективна, застосовують екстракорпоральну мембранну оксигенацію. Для виділення надлишку рідини і зменшення навантаження на нирки під час гемодилюції використовують стандартну та модифіковану ультрафільтрацію.

Однак головним органом, механічні прототипи якого найбільше цікавили кардіохірургів, залишалося серце. У 1957 pоці D. McGaby (США) продемонстрував перше полівінілхлоридне серце, що імплантується. Одним із піонерів створення штучного серця в Росії був Б. В. Петровський, що організував у 1966 pоці лабораторію штучного серця під керівництвом B. I. Шумакова. Першу модель створив у 1966 pоці в Тюмені В. А. Зубарев, апробував в експерименті в 1970 pоці B. I. Шумаков [5].

Значні інвестиції корпорації «Термо-Електрон» у 1969 pоці W. Bernhard i G. LaFarge (США) дозволили розробити пристрій, що втілював основну концепцію конструкції штучного шлуночка серця. Однак тільки завдяки роботам W. J. Kolff у клівлендській клініці (США) в 70-х роках було створено прототипи сучасних моделей [9].

Нині штучні шлуночки серця, що імплантуються й приєднуються до мобільного джерела енергії, є ефективним «містком» до пересадки серця. При деяких хворобах, що досі вважалися невиліковними, тимчасове застосування штучного шлуночка дає змогу серцю хворого відновити функції до такого рівня, що відпадає потреба в трансплантації.

Проводяться інтенсивні розробки штучних шлуночків серця, легенів, нирок, підшлункової залози для постійної імплантації. Головним досягненням у цій галузі стала імплантація автономного штучного серця в грудну клітку людини. Її виконали в Jewish Hospital (штат Кентуккі, США) у 2001 pоці.

Новими методами, що перебувають на стадії розробки, є різні варіанти регіонарної перфузії для лікування злоякісних новоутворень, технології фармако-холодового захисту внутрішніх органів від гіпоксичних та інших ушкоджень, дослідження впливу високих температур при тяжких інфекційних і онкологічних хворобах.

Застосування ШК і штучних органів не обмежується сферою радикальної терапії. Воно відкриває принципово нову методологічну галузь фундаментальної медицини, засновану на імітаційно-аналоговому моделюванні функцій організму.

Завдяки передовим технологіям створення медичних полімерів, електронних систем і електромеханічних пристроїв перфузіологія стала одним з передових напрямів науково-практичної медицини на перетині хірургії, анестезіології й інтенсивної терапії.

Оскільки впровадження ШК у практичну медицину — це подія світового масштабу, його історія в Україні тривалий час повторювала головні етапи становлення кардіохірургії в СРСР і за кордоном.

Техноємний метод сучасного ШК є привілеєм високорозвинених країн зі стабільною економікою. В Україні після бурхливого розвитку ШК у 60-80-ті роки, коли він був оснащений найбільш передовою на той час технікою, у 90-ті роки відбулося поступове повернення до технічного рівня початку 70-х. І тільки на початку нового тисячоліття ШК знову почав відроджуватися в Україні відповідно до поліпшення економічної ситуації в державі. Таким чином, цикл розвитку ШК в Україні дає унікальну можливість для дослідження цього методу в рамках замкненого періоду, де є етапи освоєння, підйому, спаду і нового піднесення. Як результат, отримано цікавий матеріал, який доцільно проаналізувати.

Перший (підготовчий) етап розпочався у 1952 і закінчився в 1957 pоці створенням АШК. Працювала група ентузіастів-учених під керівництвом М. М. Амосова. Було сконструйовано два апарати штучного кровообігу. Один — з дисковим оксигенатором (аналог оксигенатора Key-Kross), другий — з пухирцевим оксигенатором (аналог De Wall-Lillehei). Після численних експериментів перевагу віддали дисковому оксигенатору [1, 2].

На другому етапі — клінічному освоєнні методу (1958-1963 pp.) — вибирали оптимальний спосіб захисту організму від гіпоксії. На той час у світовій практиці інтенсивно дослід-жували і розробляли три напрями: загальну гіпотермію, штучний кровообіг та гіпербаричну оксигенацію. Після перших спроб клінічного застосування ШК у 1958 pоці, а потім серії перших успішних операцій, виконаних М. М. Амосовим у I960 році в умовах нормотермічних перфузій, у 1961 році ним було виконано першу операцію в умовах загальної гіпотермії з охолодженням організму хворого під час ШК. Паралельно відпрацьовували операції в камері гіпербаричної оксигенації. Першу в Радянському Союзі операцію в барокамері виконав Л. М. Сидоренко і Л. П. Чепкий у 1963 році під керівництвом М. М. Амосова [5]. Другий етап історії ШК завершився вибором перфузії як універсального методу захисту організму при тимчасовому «вимкненні» серця. Перевагу надали роликовому насосу і дисковому оксигенатору, що не відповідало світовій моді того часу, але було значно безпечнішим, ніж застосування бульбашкових оксигенаторів, розповсюджених за кордоном.

Попри простоту методу ШК і ефірного наркозу, примітивність устаткування, відсутність мікрофільтрації артеріальної крові й ефективного захисту міокарда, результати перших операцій були обнадійливими і не поступалися світовим.

Тріумфом цього етапу стала перша в світі імплантація М. М. Амосовим пелюсткового протеза мітрального клапана в січні 1963 року. Це була перша операція мітрального протезування. У 1965 році М. М. Амосов створив першу у світі антитромботичну модель протеза мітрального клапана з обшитим синтетичною тканиною кільцем. Цю ідею до сьогодні використовують у всіх моделях протезів клапанів серця. Наприкінці цього року вже застосовувалися кулькові протези, обшивання яких синтетичною тканиною стало внеском України у вітчизняну й світову кардіохірургію [1, 5, 7].

Третім етапом історії ШК в Україні (1963-1976) можна вважати подальше удосконалення технології забезпечення операцій, тому що кардіохірургія вимагала принципово нових методів організації операцій і післяопераційного періоду. Цей період характеризувався впровадженням нових клінічних підходів, що дали початок цілим галузям охорони здоров’я.

Головною причиною, що лімітувала ефективність хірургії, вважалося обмеження можливостей ШК. Удосконаленню перфузій надавали основної уваги, оскільки ШК був найагресивнішою процедурою під час операції. Апарат ШК асоціювався з небезпекою газової і матеріальної емболії судин, гемолізу, інтраопераційного стресу, аварійних ситуацій.

Технічна недосконалість перфузіології формувала негативне ставлення до неї. Головною проблемою хірурга, анестезіолога, реаніматолога було запобігання і лікування несприятливих впливів ШК. Завдяки цьому в Інституті серцево-судинної хірургії АМН України (колишній клініці серцевої хірургії Інституту туберкульозу і торакальної хірургії МОЗ України) започатковано нові напрями української анестезіології, реаніматології, інтенсивної терапії і трансфузіології. У 1963 pоці A. I. Трещинський під керівництвом М. М. Амосова виконав першу в СРСР дисертацію з кардіохірургічної анестезіології, присвячену проблемам знеболювання і інтенсивної терапії при операціях зі ШК. У клініці серцевої хірургії вперше в Україні застосували штучну нирку і виконали ендотрахеальну інтубацію та штучну вентиляцію легенів.

Спроби підвищити безпечність ШК і кардіохірургічних операцій у цілому відбувалися в такій хронології:

• 1960 pік — операції на працюючому серці в умовах гіпотермічного ШК з дисковим оксигенатором без фільтра, під ендотрахеальним ефірним наркозом;
• 1963-1969 роки — запровадження операцій на фібрилюючому серці в умовах штучної коронарної перфузії;
• 1970-1975 роки — запровадження комбінованого інгаляційного наркозу з гангліонарною блокадою, застосування плазмоекспандерів для заповнення АШК;
• 1975-1976 роки — нейролептанальгезія, пінний оксигенатор.

На жаль, усі ці методи не забезпечили істотного поліпшення результатів операцій на відкритому серці. Спочатку це можна було пояснити збільшенням тяжкості оперованих хворих і труднощами операцій. Але з 1976 pоку контингент хворих стабілізувався. Тоді головною причиною ускладнень було визнано недосконалість технічного забезпечення: брак мікрофільтрів артеріальної крові, недосконалість захисту міокарда й конструкції оксигенаторів. Це послужило поштовхом до вдосконалення технічного забезпечення, запровадження в 1976-1978 pоках пінно-плівкових оксигенаторів, комплектів прозорих (!) трубок одноразового використання.

Третій етап можна схарактеризувати як етап стандартизації технологій ШК. Він розпочався в 1977-1978 pоках запровадженням перших артеріальних мікрофільтрів з розміром вічок 40 мк. Розпочали дослідження і клінічне запровадження фармако-холодової кардіоплегії для захисту серця від ішемічних уражень. Поступово на зміну скляним та металевим оксигенаторам прийшли високотехнологічні одноразові. Цей етап характеризувався розробкою інструкцій і протоколів, а також методів координації перфузійного, анестезіологічного забезпечення й інтенсивної терапії. Було розроблено і запроваджено нові технології компонентної інфузійної терапії (А. М. Криштоф). З 1977 до 1986 pоку провели ретельний науковий аналіз усіх післяопераційних ускладнень, ревізію і наступну стандартизацію всіх етапів операції, особливо ШК. Це відбувалося на тлі поліпшення матеріально-технічного забезпечення. У цей період ШК був оснащений майже на рівні міжнародних вимог. До кінця 80-х років практично під час усіх операцій використовували одноразові комплектуючі фізіологічного блоку, мікрофільтри, пінні й мембранні оксигенатори найвищого гатунку провідних закордонних виробників. Попри значне поліпшення матеріально-технічного забезпечення, наслідки операцій були нестабільними і не задовольняли лікарів, хоча й були найкращими в СРСР. Головним досягненням цього періоду стало визнання того, що матеріально-технічне забезпечення є важливою, але недостатньою умовою ефективного лікування.

Було переглянуто принципи організації праці, що сприяло формуванню стандартів анестезіологічного, перфузійного, реанімаційного забезпечення, їхньому запровадженню у вигляді інструкцій і протоколів, обов’язкових для виконання медичним персоналом. Вимоги щодо дотримання стандартних протоколів були незвичайними для тих часів, коли лікарів навчали, що «медицина — це мистецтво». Усвідомлення того, що серцево-судинна хірургія із застосуванням ШК стала високотехнологічною і потребує стандартизації на всіх етапах лікування, було революційним. Лише завдяки волі й наполегливості М. М. Амосова нові правила організації лікування почали працювати як обов’язкова умова повсякденної праці персоналу. Тепер, ретроспективно, можна говорити про те, що саме стандартизація роботи, на тлі достатнього матеріального забезпечення дала змогу за два роки (1984-1985 pp.) на одну третину зменшити частоту ускладнень і післяопераційну летальність і в подальшому неухильно поліпшувати наслідки лікування.

Пояснити це можна тільки тим, що в середині 80-х років було розроблено ефективну систему стандартів ШК, наркозу, захисту міокарда, інтенсивної терапії, профілактики газових емболій. Тільки завдяки високій інтенсивності праці й багаторічному досвіду було зроблено цей, якоюсь мірою стихійний, винахід. Слід зазначити, що «стандартизація якості» лише через 10 років стала офіційною доктриною західної медицини.

Четвертий етап, що розпочався на початку 90-х років, можна схарактеризувати як парадоксальний період. Це був час економічної і матеріально-технічної кризи серцевої хірургії і супутніх галузей медицини, що хоча й супроводжувався освоєнням нових серцево-судинних операцій, неухильним поліпшенням їхніх наслідків, розширенням контингенту хворих і методів їхнього лікування. Таку дивну, на перший погляд, ситуацію можна пояснити високою дієвістю принципів організації лікування, винайдених у середині 80-х років, що їх підтримував і розвивав Г. В. Книшов, попри вкрай обмежені матеріально-технічні можливості.

У галузі організації персоналу стали важливими такі заходи:

• чітке визнання пріоритетів професіоналізму і якості роботи всіх учасників лікувального процесу;
• визначення стратегії і розробка алгоритмів операційного і післяопераційного ведення хворих;
• чітке визначення меж особистої відповідальності кожного, хто виконував операції і забезпечував лікувальний процес;
• чітко сформульовані інструкції (протоколи) щодо проведення ШК, знеболювання, інтенсивної терапії;
• постійний контроль за якістю роботи, щоденний облік операцій та їхніх наслідків;
• неупереджене визнання, аналіз і профілактика помилок.

Винайдені основні принципи ведення хворих також підтримувалися за будь-яку ціну в найскрутніших умовах, попри дефіцит обладнання і ліків.

До цих принципів належать:

• лікування на основі сучасного розуміння фізіології серця (обмеження надмірної зовнішньої роботи, під-тримка кисневого балансу в міокарді і в організмі та ін.);
• застосування ефективних методів фармако-холодової кардіоплегії та фармакологічного захисту серця від ішемії на всіх етапах ведення хворого;
• запобігання зменшенню швидкості кровообігу та значним коливанням артеріального і венозного тиску під час перфузії, профілактика газової емболії із апаратом ШК і порожнин серця;
• збільшення тривалості ШК відповідно до потреб післяопераційного відновлення серця;
• скорочення тривалості наркозу та штучної вентиляції легенів;
• компонентна інфузійна терапія із максимальним обмеженням застосування донорської крові;
• застосування сучасних методик штучної вентиляції легенів і догляду за дихальними шляхами.

Хоча кількість ліків і технічні характеристики застарілого обладнання були обмеженими, їх було достатньо, щоб підтримувати хоча б цей незначний перелік основних принципів лікування.

Таким чином, історія вітчизняного ШК розкриває дуже важливу проблему залежності високотехнологічної медицини від співвідношень матеріально-технічного, організаційного і людського факторів. Вони однаково важливі, проте перевагу слід надавати чіткій організації використання наявних ресурсів, а також досвіду і відповідальності лікарів та медичних сестер. Набута ними завдяки наполегливості М. М. Амосова звичка організовано і професійно працювати зберегла життя багатьом хворим, попри драматизм обставин, що змінювалися відповідно до економічної ситуації в державі.

Сьогодні, на 50-му році існування методу, розпочався новий етап — відновлення подальшого розвитку вітчизняного ШК. Він характеризується тим, що наукові праці українських фахівців у галузі штучного і допоміжного кровообігу знову набувають міжнародного рівня і є пріоритетними. Клініко-фізіологічні дослідження з теорії ШК із застосуванням комп’ютерного моделювання системи кровообігу (роботи Є. А. Настенка та співавт.), гіпертермічні перфузії (Г. В. Книшов, О. А. Крикунов та співавт.), нові методи захисту міокарда із застосуванням штучної крові, ретроградна перфузія мозку (Л. Л. Сітар і співавт.) та інші роботи в цій галузі є унікальними у світовій практиці технологіями поліпшення наслідків лікування, користуються попитом наукової громадськості і визнані за кордоном.

Ефективність і міжнародний пріоритет вітчизняних розробок у сфері сучасного ШК свідчать про високий рівень наукових традицій цієї галузі в Україні.

Література

1. Амосов Н.М. Хирургия пороков сердца. К., 1969, 110 с.
2. Амосов Н.М., Бендет Я.А. Терапевтические аспекти кардиохирургии. К. Здоров’я, 1990, 288 с.
3. Бокерия Л.А. История сердечно-сосудистой хирургии // Грудная и сердечно-сосудистая хирургия, 1997, № 1, с. 4-12.
4. Бокерия Л.А. Учение о хирургии сердца (к 75-летию со дня рождения В.Й. Бураковского)// Грудная и сердечно-сосудистая хирургия, 1997, № 3, с. 4-12.
5. Кнышов Г.В. Академик Н.М.Амосов и его школа //Анналы хирургии, 1996, № 4, с. 4-6.
6. Lillehei C.W. The Society Lecture. European Society for Cardiovascular Surgery Meeting, Montpellier, France, September 1992. The birth of open-heart surgery: then the Golden years // Cardio-vascularsurgery- 1994.- Vol. 2.- N 3.- P. 308-317.
7. Walton L.C., Nakib Ahmad, Kaster L.R. et al. The Origin and Development of Three New Mechanical Valve Designs: Toroidal Disc, Pivoting Disc, and Rigid Bileaflet Cardiac Prostheses // Ann. Thorac. Surg.- 1989.- Vol. 48.- P. 35-37.
8. Lillehei C.W. Historical Development of Cardiopulmonary Bypass.- USA.- Williams & Wilkins.- 1993.- 26 p. Ream A., Fogdall R. Acute Cardiovascular Management. Anesthesia and Intensive Cure.- N.Y.-1985.

За матеріалами Українського науково-практичного журналу «Серце і судини», № 1, 2003 р.