bélyeg|Szív-tüdő gép a műtőben A szív-tüdő gép (SZTG) orvosi eszköz, amely korlátozott ideig helyettesíti a szív pumpáló funkcióját és a tüdőfunkciók ellátását, vagyis a vér oxigénezését, valamint a szén-dioxid eltávolítását, így lehetővé téve az ún. nyitott szívműtéteket. A vér egy kanülön és csőrendszeren (cardiopulmonary bypass) keresztül távozik a szervezetből, oxigénnel dúsul, és újra visszapumpálódik, ez az extracorporalis keringés. Ezenkívül a beteg gyorsan lehűthető és felmelegíthető egy szív-tüdő géppel hőcserélő(kö)n keresztül. Az SZTG nem tévesztendő össze a vastüdővel, amely csupán a légzést segíti.
A vér útja általában a vena cavából vagy a jobb pitvarból, valamint a szívkamrákból és a műtéti területen megnyílt koszorúerekből kerül az SZTG-be, majd szűrés, oxigéndúsítás és a szén-dioxid eltávolítása, valamint melegítés és ismételt szűrés után halad vissza az aortán vagy a femorális artérián keresztül a szervezetbe. A gyakorlatban különbséget tesznek a különböző típusú bypassok között (teljes cardiopulmonalis bypass, részleges bypass, bal oldali atriofemoralis bypass, femorofemoralis bypass, bal szív bypass és jobb szív bypass).Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 80., 117–120.
A szív-tüdő gépet leggyakrabban a szívsebészetben használják. A sürgősségi és intenzív ellátásban kisebb, speciális rendszereket alkalmaznak úgynevezett extracorporalis membrán oxigenizációként (ECMO).
Története bélyeg|Az Ulrich GmbH & Co. KG első német szív-tüdő gépe (1958) bélyeg|Orvosok a szív-tüdő gépnél egy műtét során a Bad Berka-i szívklinikán (1986) Maximilian von Frey 1885-ben építette meg az első szív-tüdő gépet kollégájával, Max von Gruberrel a Lipcsei Egyetemen.J. Willis Hurst, W. Bruce Fye, Heinz‐Gerd Zimmer: The heart‐lung machine was invented twice—the first time by Max von Frey. In: Clinical Cardiology. Band 26, 2003, szeptember, 443–445, doi:10.1002/clc.4960260914 A szív-tüdő gép feltalálója azonban John Heysham Gibbon, akinek az USA-ban kifejlesztett gépét egy 18 éves beteg pitvari septum defektusának műtétjén használták 1953. május 6-án 26 percig a philadelphiai Pennsylvania Egyetemi Kórházban.Susanne Hahn: Herz-Lungen-Maschine (HLM). 2005, 584. Korábban Gibbon megépítette egy szív-tüdő gép prototípusát, amelynek segítségével egy macska 1935-ben bő fél órát túlélt anélkül, hogy megdobbant volna a szíve. Gibbont később az IBM mérnökei segítették a fejlesztésben. Számos kudarc és haláleset történt, mire a gép 1953-ban már megfelelően működött.
A heparin Jay McLean általi 1916-os felfedezése központi jelentőségű a szív-tüdő gép extracorporalis keringetése szempontjából, mivel megakadályozza a véralvadást, ami a szív-tüdő gép működésének alapvető feltétele.
A szív-tüdő gépek még ma is görgős pumpákat használnak a vér szállítására, amelyek feltalálása 1934-ig nyúlik vissza.
A vér oxigénellátásának felfedezése pedig 1944-re nyúlik vissza, amikor is megfigyelték, hogy a hemodialízis során a beteghez visszaáramló vér színe sötétlilából élénk pirosra változott.
1926-ban a szovjet tudós, Szergej Brjuhonenko végrehajtotta az első sikeres extracorporalis keringetést egy levágott kutyafejen, és ő lett az első, aki megjósolta a szívsebészetben a testen kívüli keringetés jövőjét.
Achille Mario Dogliotti olasz szívsebész 1951. augusztus 9-én hajtotta végre a világ első szívműtétjét mesterséges extracorporalis körrel. Aldo Costantinivel egy 49 éves páciens volt, akit Torinóban megoperáltak, aki egy mediastinalis daganat kiirtáson esett át. Dogliotti szív-tüdő gépe, amelyet már a műtét előtt előkészítettek, egy görgős pumpás rendszerből és egy gázdiszperziós elven működő oxigenátorból állt.Rudolf J. Tschaut: Extrakorporale Zirkulation in Theorie und Praxis. Pabst Science Publishers, Lengerich/Bremen/Berlin 2005, 17. o.
Hosszas előkészítő munka után sikerült az amerikai John Gibbonnak 1953. május 6-án az első testen kívüli vérkeringetés emberen az Amerikai Egyesült Államokban. Egy 18 éves, pitvari sövényhibás nőt operált meg, a beteg 45 percig szív-tüdő gépen volt. A gépet ezután többek között Viking Olof Bjork és mások (vö. Clarence Crafoord és Åke Senning) fejlesztették tovább Svédországban. Az USA-ban különösen John Webster Kirklin forszírozta a Mayo Clinicán az SZTG továbbfejlesztését, és 1955-ben már nyitott szívműtétekre használta.
A szív-tüdő gép alkalmazása megoldotta a szívsebészet egyik központi problémáját, amely korábban lehetetlenné tette a biztonságos szívműtéteket a tetemes műtéti idő miatt. Ahhoz, hogy a szív belseje a műtéti beavatkozások számára hozzáférhetővé váljon, a nagy szíverek ideiglenes elszorítása szükséges, amely megszakítja az agy oxigénellátását, és így néhány percre korlátozza a műtéti időt segédeszköz nélkül. A mechanikus elterelés és a vér oxigénellátása döntő szerepet játszott abban, hogy ez az időtartam akár egy órára is meghosszabbodjon, és a műtétet sietség nélkül elvégezhessék.
Mivel az akkori oxigenátorok meg sem közelítették a mai készülékek teljesítményét, az 1954-ben bevezetett véráramhűtés (hipotermia) az ezzel járó oxigénfogyasztás csökkenése nagy jelentőséggel bírt a betegek szívtüdőgéppel való hosszabb életben tartásában.
1955 körül sikeresen megépítettek egy oxigenátort, amely gázbuborékok segítségével oxigénnel dúsította a vért anélkül, hogy a rettegett légembólia bekövetkezett volna. 1956-ban használták először a ma is alkalmazott membrán-oxigenátor típust, azonban további 13 évnek kellett eltelnie, mire a gép készen állt a piacra dobásra.
Németországban az első szívműtétet szív-tüdő géppel Manfred Schmidt-Mende és Hans Georg Borst végezte 1958. február 19-énHans-Jürgen Peiper: Die Zenker-Schule. (Ansprache anlässlich der Feierstunde zum 68. Geburtstag von Prof. Dr. med. Horst Hamelmann am 26. Mai 1992 in Würzburg) In: Würzburger medizinhistorische Mitteilungen 11, 1993, 371–387. ; 379. o. a Marburg Egyetemi Kórházban, a híres szívsebész, Rudolf Zenker közreműködésével. Egy 29 éves kamrai sövényhibás nőbeteget műtöttek meg. A Német Demokratikus Köztársaságban a krónikus devizahiány miatt Karl-Ludwig Schober kifejlesztette saját szív-tüdő gépét.
Funkciók és tartozékok Szivattyúfunkció, szivattyúk A szív pulzáló izomösszehúzódással pumpálja a vért az ereken keresztül. A pumpált mennyiséget (a perctérfogatot) a szervezet folyamatosan szabályozza, hogy megbirkózzon a gyakran erősen változó terhelésekkel. A felnőttek szabályozási tartománya nyugalmi állapotban kb. 5 l/perctől a legnagyobb igénybevétel mellett kb. 25 l/percig terjed.
A görgős szivattyúk ma is a preferáltak az extrakorporális keringetéshez. Itt egy félgömb alakú ketrecben fekvő műanyag tömlőt a központilag forgó szivattyúfej két egymással szemben lévő nyomógörgője helyezi nyomás alá. A centrifugálszivattyúk alternatív alkalmazása műszakilag nehezebb és összetettebb. Az ujjas vagy axiális szivattyúk eldugulási üzemben szignifikánsan nagyobb hemolízist mutatnak, mint a görgős szivattyúk, ami a szivattyúzási folyamat során fellépő szívás erősségétől és időtartamától függ.Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 82. és 107. o. A műszaki igények a fent leírt szabályozási lehetőségekből, a véráramba való kapcsolódási lehetőségekből és a biztonsági követelményekből adódnak. A szivattyúkat folyamatos és pulzáló üzemre egyaránt tervezték. A szabályozható szállítási sebesség 0,01 l/perc és 10 l/perc között van. A pumpafej nagy pontossága biztosítja a lehető legkisebb vérkárosodást (görgős pumpáknál a hemolízis sebessége a pumpa érintkezési(?) nyomásától függ). Az elektronikus vezérlés megbízhatóan megakadályozza a szivattyúfej ellenőrizetlen fordulatszám-változásait.
Tüdőfunkciók, oxigenátorok A tüdő központi feladata az oxigén és a szén-dioxid gázcseréje. Ennek optimális feltételei a tüdőben adottak. Az oxigén és a szén-dioxid diffúziója nagyon nagy felületen, akár 200 m²-ig, alacsony vérrétegvastagsággal és kellően hosszú érintkezési idővel történhet.
A ma elérhető, a vér oxigéntelítésére szolgáló eszközök (oxigenátorok) két csoportra oszthatók:
Buborékoxigenátor – a vérrel közvetlenül érintkező gáz Üreges rostos membrán oxigenátor - a gáz és a vér el vannak választva
A buborékoxigenátort ma Németországban alig használják, de még a ma általánosan használt membrán-oxigenátor is csak tökéletlenül képes utánozni az emberi tüdőt. A vérréteg jóval vastagabb, és csak körülbelül 2–10 m² nagyságú diffúziós terület áll rendelkezésre. A ma általánosan használt membrán-oxigenátorok két komponensből állnak: egyrészt a tulajdonképpeni oxigenátorból, ami gondoskodik a gázcseréről, másrészt egy hőcserélő van beépítve, hogy a vér és a test hőmérsékletét az adott művelet követelményeihez igazítsák, úgymint: Normothermia, hipotermia, mély hipotermia.
Szűrőfunkció, szűrő Amióta szív-tüdő gépeket használnak, a mikroembólia egy ismert probléma, amelynek okai lehetnek a fibrinrögök, műanyag részecskéi is, amelyeket csőfelületekről vagy tömítésekről dörzsölnek le, vagy pl. az oxigenátorból származnak. Ezt vérszűrővel próbálják ellensúlyozni, amelynek másik fontos funkciója a gázbuborékok és a buffy coat tervezett összegyűjtése és visszatartása.
Ezenkívül veseelégtelenség esetén hemofiltráció vagy módosított ultraszűrés végezhető a víz vagy a vizeletből származó anyagok vérből történő eltávolítására.
A vízhiány növeli a hematokrit- és hemoglobinszintet. Ezenkívül a kolloid ozmotikus nyomása megnő. Ez a víz eltolódását eredményezi az extracelluláris térből az intravaszkuláris térbe, ami csökkenti az ödémát (különösen a tüdőödémát).
Vértérfogat raktár, tározó Vértérfogat-tárolóként úgynevezett kardiotómiás tartályt használnak, amely legegyszerűbb esetben egy műanyag zacskóból áll, de többnyire kemény héjú, két liternél nagyobb űrtartalmú tartály. Ez lehetővé teszi, hogy a nem szükséges mennyiséget kivegye a betegkörből, és egy későbbi időpontban visszajuttassa. A kardiotómiás tartályba kerül ezen kívül a műtéti területről levett vér, amelyet ún. kardiotómiás szívással távolítanak el. Mivel a vér-levegő keverék mindig kiszívható a műtéti területről, a szövetkomponensek szűrője mellett mindig szükség van habzásgátlóra is.Gerhard Ziemer, Axel Haverich: Herzchirurgie: Die Eingriffe am Herzen und an den herznahen Gefäßen. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2010, S. 91
Az extracorporalis keringetés lehetséges szövődményei Véralvadási zavarok (thrombocytopenia vagy heparin által kiváltott thrombocytopenia, a heparin hatás elégtelen visszafordítása, protamin túladagolás, alvadási faktor hiány, disszeminált intravaszkuláris koaguláció fogyasztási koagulopátiával) Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 110–113. o. A víz- és elektrolit-egyensúly zavarai (vízvisszatartás; csökkent nátrium-, kálium-, kalcium- vagy magnéziumszint)Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 113. o. Hiperglikémia (különösen 300 mg/dl feletti vércukorszint mellett ozmotikus diurézis kockázatával) Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 114. o. Embólia (különösen a légembólia a buborékoxigenátorban és mindenekelőtt magas oxigén parciális nyomásértékek esetén) Tüdőfunkciós zavarok Veseműködési zavarokReinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, 115. o. elégtelen perfúziós nyomássalF. Thurnur, E. Böttinger, Th. Pasch: Veränderungen von Wasserhaushalt und Nierenfunktion durch den kardiopulmonalen Bypass. In: Anästhesie Intensivtherapie Notfallmedizin. Band 21, Nr. 1, 1986, 5–8. o. Neurológiai rendellenességek
Monitoring és dokumentálás A klinikától függően különböző paramétereket rögzítenek.
Betegadatok EKG Artériás vérnyomás Központi vénás vérnyomás Hőmérséklet (végbél/nyelőcső) Vesefunkció/vizeletürítés Különféle laboratóriumi paraméterek
Életfenntartó gép oxigenátor