Усовершенствован способ снижения нагрузки на недоразвитое сердце
Биотехническая система поддержки кровообращения пациентов с единственным функциональным желудочком сердца
© Максим Денисов.
Российские ученые совместно с зарубежными коллегами выявили наиболее эффективную форму соединения полых вен с легочными артериями. С его помощью можно исправить нарушения кровообращения и снизить риски ухудшения состояния пациентов с единственным желудочком сердца. Результаты исследования опубликованы в журнале Artificial Organs. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Сердце человека – полый мышечный орган, состоящий из двух предсердий и двух желудочков. В правое предсердие через верхнюю и нижнюю полые вены приходит кровь из большого круга кровообращения, обеспечивающего газообмен во всех органах, а в левое, через легочные вены, – из легочного круга. При ритмичном сокращении предсердий кровь затем попадает соответственно в правый и левый желудочки. Потом сокращаются уже желудочки, и кровь из правого поступает в легочный ствол, а из левого – в аорту. Однако при некоторых врожденных заболеваниях один из желудочков оказывается недоразвитым, и тогда в единственном сформировавшемся смешивается венозная и артериальная кровь. Из-за этого снижается насыщение артериальной крови кислородом и у пациентов возникают одышка, хрипы в легких.
Только в России порок встречается у тысяч детей (у 0,013% новорожденных), смертность без лечения крайне высокая. Поэтому стандартный путь после выявления заболевания – операция Фонтана. При этой хирургической процедуре кровь из нижней и верхней полых вен направляют не в правое предсердие, а через так называемое кавопульмональное соединение непосредственно в легочные артерии. Но у операции есть недостатки. Происходит перегрузка единственного желудочка и легочных вен, из-за чего развивается сердечная недостаточность, «мотор» рано или поздно может выйти из строя и потребуется его трансплантация. Однако малышам необходимо небольшое сердце, тогда как детское донорство в России фактически запрещено. Поэтому так важно разрабатывать эффективную систему поддержки кровообращения в качестве альтернативы трансплантации.
Сотрудники Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета МИЭТ совместно с коллегами из Первого МГМУ имени И. М. Сеченова и из отделения кардиохирургии Левенского католического университета (Бельгия) начали разработку биотехнической системы поддержания кровообращения при единственном желудочке сердца. Предстояло решить две задачи. Первая – снизить уровень безвозвратных потерь энергии и таким образом разгрузить единственный желудочек, и, во-вторых, оценить необходимость подключения системы механической поддержки кровообращения, чтобы улучшить конструкцию.
Коллектив ученых исследовал несколько типов соединений между полыми венами и легочными артериями, называемых кавопульмональными, чтобы определить тип с минимальными гидравлическими потерями. Модели с подключением роторного насоса крови к кавопульмональному соединению показали лучший эффект, чем модели без него. Сам насос представляет собой миниатюрное механическое устройство, помещаемое в нижнюю полую вену и обеспечивающее дополнительный напор крови. В ходе моделирования была найдена форма кавопульмонального соединения, которая лучше остальных отвечает цели проекта. В этой модели кровь из полых вен равномерно распределяется по легочным артериям, а гидравлические потери и потери мощности системы достаточно низкие. При использовании такой формы кавопульмонального соединения также удастся уменьшить разрушение эритроцитов и снизить нагрузку на единственный желудочек.
Исследование носит междисциплинарный характер. «Задача поддержания и восстановления качества жизни пациентов с единственным функциональным желудочком сердца относится к области медицины, равно как и создание кавопульмонального соединения. В то же время оптимизация последнего и разработка системы механической поддержки кровообращения относятся к инженерным задачам, и решить одну без другой невозможно», — говорит руководитель проекта Дмитрий Телышев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института биомедицинских систем МИЭТ, директор Института бионических технологий и инжиниринга МГМУ имени И. М. Сеченова.
Коллектив планирует сделать анатомическую 3D-модель кавопульмонального соединения у пациентов с насосом вспомогательного кровообращения. Ученые считают, что их проект позволит повысить продолжительность и качество жизни пациентов с недоразвитыми желудочками сердца или отсутствием одного желудочка.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.