Ocena wpływu podatności kaniul na efektywność mechanicznego wspomagania serca za pomocą pomp krwi napędzanych pneumatycznie cd.

3. WNIOSKI I DYSKUSJA

Ważną rolą kaniul z punktu widzenia hemodynamicznego jest niwelowanie skutków uderzeń hydraulicznych (tzw. water hammer effect) w fazie systolicznej, bezpośrednio po wypełnieniu czaszy krwistej i zadziałaniu sił sprężystych przywracających pierwotny kształt kaniuli. Poziom likwidacji tego typu zjawisk bezpośrednio zależy od podatności samego przewodu. Uderzenia hydrauliczne występujące bardzo często w układzie krwionośnym mechanicznie wspomaganym, polegają na występowaniu dużych wahań ciśnień podczas przepływu cieczy, w wyniku gwałtownych zmian prędkości, spowodowanych nagłym zamknięciem zastawki wlotowej komory wspomagania serca. Wartości te mogą wielokrotnie przewyższać ciśnienie początkowe w przewodzie. Związane jest to pośrednio z efektami bezwładnościowymi samej masy ciekłej, a także charakterem pracy pompy (pulsacje).

a)

b)

Gwałtowna zmiana prędkości krwi przepływającej przez kaniule wlotową w momencie zamknięcia zastawki wlotowej powoduje szybki spadek energii kinetycznej krwi i wzrost energii potencjalnej, któremu towarzyszy raptowny wzrost ciśnienia. Zjawiska uderzeń hydraulicznych wpływają negatywnie na hemostazę organizmu. W tym okresie widoczne są dokładnie drgania dysków zastawek mechanicznych, które przebiegają z dużą częstotliwością. Kumulacja dużych ilości czerwonych krwinek podczas zamykania zastawek mechanicznych powoduje ich sklejanie, tworzenie strątów i wzrost hemolizy. Udowodniony jest również wpływ dużych wahań ciśnień na pojawianie się niebezpiecznych naprężeń ścinających i zjawisk kawitacji. Te ostatnie powstają w obszarach wysokich turbulencji, w skutek obniżenia ciśnienia do poziomu niższego od ciśnienia parowania przepływającej cieczy. Procesowi temu towarzyszy przemiana fazowa (przemiana fazy ciekłej w fazę gazową) i tworzenie się pęcherzyków gazu (micro jets) o średnicy od 10 do 100 μm, poruszających się z prędkością ponad 200 m/s i lokalny, wysoki wzrost temperatury. Pęcherzyki przemieszczając się do miejsc o mniejszym ciśnieniu powodują mikrokratery i wżery kawitacyjne na elementach komory wspomagania serca (głównie zastawkach), zmniejszając ich trwałość. Z Rys. 2. a i b wynika, że większe piki ciśnienia pojawiają się przed zastawką wlotową po zastosowaniu kaniul mniej podatnych.

Ze wstępnych pomiarów które przeprowadziłem, można wywnioskować również, że wzrost oporu elastycznego E’ kaniul (głównie wlotowej) wpływa bezpośrednio na obciążenie komory wspomagania serca, spadek rzutu minutowego i ciśnienia perfuzyjnego. Różnice te są szczególnie widoczne przy małych wartościach ciśnienia ssania DDP- (-2 kPa i -4 kPa) generowanych przez sterownik. Obydwie kaniule dzięki swoim właściwościom mechanicznym mogą w znacznym stopniu decydować o sukcesie mechanicznego wspomagania serca. Magazynują one dodatkową objętość cieczy, podtrzymują ciśnienie przepływu w fazie diastolicznej, zamieniają przepływ fazowy krwi na zbliżony do ustalonego, likwidują szybkie zmiany prędkości przepływu ale przede wszystkim warunkują w znacznym stopniu napływ krwi do komory i wyrzut krwi z komory, czyli odgrywają ważną rolę w sprawności hemodynamicznej jej pracy.

Autor: Maciej Paszkowski

LITERATURA

[1] Quaal S. J. (red.): Cardiac Mechanical Assistance Beyond Balloon Pumping, Mosby-Year Book, St. Louis, 1993
[2] Ogino H., Klangsuk N.: Influence of the Compliance of the Pump Housing and Cannulas of a Paracorporeal Pneumatic Ventricular Assist Device on Transient Pressure Characteristics, Artificial Organs, 19 (6) (1995) 525-534
[3] Nałęcz M.(red.): Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna – Tom 3 – Sztuczne Narządy, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2001
[4] Materiały konferencyjne ze „Śląskich warsztatów biotechnologii i bioinżynierii medycznej BIO-TECH-MED., Silesia 2004”, 23 luty 2004, Zabrze. Kustosz R., Jarosz A., Gawlikowski M., Darłak M., Duda B.: Polskie sztuczne serce, Instytut Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu.
[5] Diourté B., Siché J. P., Comparat V, Baguet J. P., Mallion J. M.: Study of arterial blood pressure by a Windkessel – type model: influence of arterial functional properties, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 60 (1999) 11-22
[6] Weinberger M., Fineberg N., Fineberg S.: Effect of Age, Race, Gender, Blood Pressure, and Estrogen on Arterial Compliance, American Journal of Hypertension, 2002, vol. 15, no. 4, part 1