Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРАВЫХ ОТДЕЛОВ СЕРДЦА ПРИ СЛОЖНЫХ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКАХ СЕРДЦА, ТРЕБУЮЩИХ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЕРАЦИИ ФОНТЕНА-ПРАВЫЙ НЕОЖЕЛУДОЧЕК

Изобретение относится к медицине, а именно к области анатомии, физиологии и патофизиологии кровообращения, кардиохирургии врожденных пороков сердца, в частности, к перекачивающим устройствам для коррекции сложных врожденных пороков, проявляющихся в недоразвитии правых отделов сердца.

В общей структуре заболеваемости врожденных пороков сердца (ВПС) пороки, требующие коррекции типа кавапульмонального анастомоза или операции Фонтена, занимают примерно 8%. Эти пороки характеризуются недостаточным развитием правых отделов сердца. При этом венозная кровь из полых вен дренируется через дефект межпредсердной перегородки в левые отделы сердца, откуда попадает одновременно в аорту и легочную артерию через дефект межжелудочковой перегородки. При атрезии легочного клапана кровь в малый круг кровообращения попадает через открытый артериальный проток. Методов радикальной коррекции пороков этого типа не существует.

Суть паллиативной операции состоит в двухэтапном соединении проточных каналов полых вен и легочной артерии: анастомоза верхней проточной вены (ВПВ) и легочной артерии (анастомоз Гленна), а затем подшивании клапаносодержащего протеза (кондуита) между нижней проточной веной (НПВ) и легочной артерией (операция Фонтена). В результате справа осуществляется пассивный переток крови из полых вен в легочную артерию, что возможно только при условии отсутствия значительной легочной гипертензии, развивающейся в результате сброса крови слева направо. Паллиативная операция позволяет продлить жизнь пациента, однако из-за дефицита насосной функции правых отделов сердца недостаточность кровообращения сохраняется и проявляется в виде застоев в большом круге (отеки, асцит и т.п.).

Для восстановления насосной функции правых отделов сердца предлагались различные перекачивающие устройства, действующие от пневматического или гидравлического привода или содержащие источник энергии, действующий от внешнего источника питания. Известно перекачивающее устройство для системы вспомогательного кровообращения (GB 2371230, МПК A61M 1/10, опубл. 24.07.2002 г.), формирующее закрученный поток крови, содержащее источник энергии, камеру с клапанами и направляющую в виде спирали Архимеда.

Недостатком данного устройства является то, что шнек, являющийся движущимся элементом устройства, создает закрученный поток, структура которого не соответствует физиологической норме. Результатом этого является нестабильность закрутки потока, формирование отрывных и застойных зон. Кроме того, для работы устройства необходимо использовать внешний источник энергии. Использование подобных устройств сопряжено с высоким риском тромбообразования, необходимостью чрезкожного проведения пневматической или гидравлической магистрали, или силового кабеля; устройства, содержащие в имплантируемой части источник движения, могут нагреваться, что неблагоприятно воздействует на окружающие ткани.

Указанные недостатки не позволяют использовать подобное устройство в течение длительного времени и обусловливают высокую вероятность жизненно опасных осложнений. Кроме того, указанное устройство не предусматривает адаптации к росту сердца, что особенно важно при лечении данной патологии, поскольку применение устройства, как правило, необходимо в первые годы жизни пациента.

Известно, что поток крови в сердце и магистральных артериях (в том числе, легочной артерии) относится к классу самоорганизующихся смерчеобразных потоков, обеспечивающих безотрывное и свободное от застойный зон течение крови, не провоцирующее тромбообразование.

Количественный анализ кровообращения в целом и структуры потока крови в сердце и магистральных сосудах человека позволил создать устройства для сердечно-сосудистой хирургии, позволяющие частично или полностью восстановить индивидуальные нормативные показатели кровообращения, за счет формирования физиологической закрученной структуры потока крови (Kiknadze G.I., Krasnov Yu.K., Evolution of a spout like flow of a viscous fluid. Sov. Phys. Dokl. 1986; 31 (10): 799-810).

Известно перекачивающее устройство для крови (WO №2009/022940, МПК A61M 1/10, A61M 1/12, опубл. 19.02.2009), учитывающее закрученную структуру потока крови и позволяющее частично или полностью восстановить индивидуальные нормативные показатели кровообращения. Устройство содержит источник энергии, проточный канал и клапаны на входе и выходе из канала, при этом на обтекаемых кровью поверхностях и направляющих элементах выполнен рельеф.

Недостатком устройства является необходимость использования внешнего источника энергии для подачи пневматического, гидравлического или механического импульса, а также невозможность адаптации устройства к условиям роста организма.

Техническим результатом предлагаемого устройства является осуществление перекачивания крови без использования внешних источников энергии, обеспечивая при этом частичные или полностью восстановленные индивидуальные нормативные показатели кровообращения.

Перекачивающее устройство для правых отделов сердца содержит проточный канал (1) мешочного типа из эластичного биосовместимого материала с двумя входными (2) и (3), и выходным патрубком (4). Причем эластичность, геометрические формы, размеры и поверхностный рельеф проточного канала (1) рассчитывают, конструируют и изготавливают в соответствии с нестационарными уравнениями гидродинамики для смерчеобразных потоков вязкой жидкости

где φ₀ - начальный угол закрутки по отношению к нормали оси потока, φ_i, Z_i и R_i - текущие значения угловой, продольной и радиальной координат вдоль линии тока, Q(t), Z₀(t), k(t), Г₀(t), C₀(t) - параметры нестационарного смерчеобразного потока крови, соответствующие индивидуальным нормативным показателям. Входные патрубки (2), (3), соответственно, сообщены с верхней (5) и нижней (6) полыми венами, выходной патрубок (4), снабженный биологическим трехлепестковым клапаном (7), сообщен с легочной артерией (8) «конец-в бок», причем устройство установлено в полости перикарда (9) таким образом, что оно огибает собственное сердце (10) пациента в анатомической позиции правого желудочка и повторяет его форму, а снаружи устройство закрывается листком перикарда (11), недостаток которого восполняется синтетической заплатой из биологически совместимого синтетического материала.

На Фиг.1 представлена гемодинамическая схема подключения правого желудочка к сердцу с пороками развития правых отделов, на Фиг.2 - вид устройства со стороны передней поверхности, Фиг.3 - вид сверху, Фиг.4 - вид со стороны входных патрубков, где:

1 - проточный канал, 2 и 3 - входные патрубки, 4 - выходной патрубок, 5 - верхняя полая вена, 6 - нижняя полая вена, 7 - трехлепестковый клапан, 8 - легочная артерия, 9 - полость перикарда, 10 - сердце, 11 - листок перикарда.

Технический результат предложенного решения достигается тем, что в перекачивающем устройстве для правых отделов сердца при сложных врожденных пороках сердца, требующих проведения операции Фонтена, содержащем источник энергии, проточный канал, клапаны на входе и выходе из канала, при этом на обтекаемой кровью поверхности выполнен изменяющийся по времени рельеф, соответствующий соотношениям нестационарного самоорганизующегося закрученного потока крови, в качестве источника энергии потока служит собственное сердце пациента, а проточный канал установлен в полости перикарда, примыкая к сердцу в анатомической позиции правого желудочка, и повторяет его форму, снаружи перекачивающее устройство закрывается листком перикарда, недостаток которого восполняют синтетической заплатой из биологически совместимого синтетического материала.

В предложенном техническом решении проточный канал установлен в полости перикарда, примыкая к сердцу в анатомической позиции правого желудочка, и повторяет его форму. При таком расположении сокращение собственного сердца обеспечивает перемещение стенки проточного канала, примыкающей к сердцу, которое в свою очередь, обеспечивает изменение объема проточного канала, равное объему крови, изгнанному сердцем за одно сокращение. При этом объем перекачиваемой крови не превышает конечнодиастолического объема левых отделов сердца, где формируется смерчеобразный закрученный поток, соответствующий по структуре физиологической норме. В соответсвии с принципами фомирования смерчеобразных закрученных потоков, собственное сопротивление перекачивающего устройства становится минимальным, и толчка сердца достаточно для обеспечения достаточной производительности устройства. Перикард при этом ограничивает объем перекачивающего устройства за счет своей жесткости. При этом энергетический баланс сердца не нарушается, поскольку результирующий перекачиваемый объем будет тем же, что и до коррекции порока. При росте организма объем сердца увеличивается. Размеры перикарда при этом также увеличиваются за счет собственного биологического перикарда, причем процессы адаптационного ремоделирования будут ограничивать этот рост таким образом, чтобы обеспечить адекватную производительность перекачивающего устройства, которая будет увеличиваться по мере увеличения сердечного выброса в соответствии с ростом пациента. Внешним регулирующим фактором выступает величина сердечного выброса левых отделов сердца.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство подшивают в анатомическую позицию правого желудочка сердца (Фиг.1). Поток крови поступает в полость перекачивающего устройства (1) по направлениям патрубков (2, 3, 4), ориентированных тангенциально относительно оси потока. Однонаправленность потока обеспечивается с одной стороны за счет самоорганизации смерчеобразного потока, определяемой геометрией проточного канала (1), с другой стороны клапаном (7), расположенным в выходном патрубке (4) устройства.

Таким образом, за счет того, что проточный канал, эластичность, геометрические формы, размеры и поверхностный рельеф которого рассчитывают, конструируют и изготавливают в соответствии с нестационарными уравнениями гидродинамики для смерчеобразных потоков вязкой жидкости

где φ₀ - начальный угол закрутки по отношению к нормали оси потока, φ_i, Z_i и R_i - текущие значения угловой, продольной и радиальной координат вдоль линии тока, Q₀(t), Г₀(t), C₀(t), Z₀(t), R₀(t), Ф₀(t) - индивидуальные параметры нестационарного смерчеобразного потока крови, и устанавливают его в полости перикарда, примыкая к сердцу в анатомической позиции правого желудочка, повторяя его форму, при этом объем перекачиваемой крови не превышает конечнодиастолический объем собственного сердца пациента, а снаружи перекачивающее устройство закрывают листком перикарда, недостаток которого восполняют синтетической заплатой из биологически совместимого синтетического материала, обеспечивается структурная смерчеобразная организация потока, позволяющая осуществить перекачивания крови без использования внешних источников энергии.

Положительным результатом также является то, что предложенное устройство способно адаптироваться к увеличению размеров сердца за счет возрастного роста, т.к. это устройство находится в перикардиальной полости, увеличивающей свои размеры вместе с ростом сердца за счет оставшегося биологического перикарда пациента.

Пример. Больной Н. 2 мес. Диагноз - единственный желудочек сердца (по левому типу), атрезия трикуспидального клапана.

Для моделирования проточного канала предварительно провели диагностику индивидуального состояния кровообращения пациента любым, в том числе, ультразвуковым и магнитно-резонансным методом. Обработали результаты с помощью программного обеспечения и на основе результатов диагностики, моделирования течения крови и расчетных данных получили параметры устройства, при этом эластичность, геометрические формы, размеры и поверхностный рельеф проточного канала рассчитали в соответствии с соотношениями:

где φ₀ - начальный угол закрутки по отношению к нормали оси потока, φ_i, Z_i и R_i - текущие значения угловой, продольной и радиальной координат вдоль линии тока, Q(t), Z₀(t), k(t), Г₀(t), C₀(t) - параметры нестационарного закрученного потока крови, соответствующие индивидуальным нормативным показателям (Фиг.2, 3, 4). На обтекаемых поверхностях выполнили рельеф в виде ребер, направление которых соответствует направлению линий тока смерчеобразного закрученного течения. Данные расчетов приведены в таблице 1.

Устройство подшили в анатомическую позицию правого желудочка сердца (Фиг.1) таким образом, что входные патрубки (2, 3) сшили с отрезками верхней (5) и нижней (6) полой вен, а выходной патрубок (4), содержащий биологический протез клапана (7), подшили к легочной артерии (8) «конец в бок» таким образом, что при этом перекачивающее устройство оборачивали вокруг собственного сердца пациента и располагали в пространстве между единственным желудочком сердца (10) и перикардом (11). При каждом сокращении сердца объем устройства изменялся, что обеспечивало клапаном (7) однонаправленное движение крови. Геометрия устройства (Фиг.2, 3, 4) способствовала самоорганизации смерчеобразного потока и обеспечивала движение крови. Целостность перикарда (11) восстановили, причем дефицит перикарда (11) восполнили синтетической заплатой из пористого политетрафторэтилена, жесткость которого значительно больше жесткости стенки перекачивающего устройства.