Американские ученые из Йельского университета под руководством Лауры Никласон совершили прорыв: им удалось создать искусственное легкое и пересадить его крысам. Также отдельно было создано легкое, работающее автономно и имитирующее работу настоящего органа.

Надо сказать, что человеческое легкое представляет собой сложный механизм. Площадь поверхности одного легкого у взрослого человека составляет около 70 квадратных метров, собранных так, чтобы обеспечивать эффективный перенос кислорода и углекислого газа между кровью и воздухом. Но ткань легкого трудно восстанавливать, поэтому на данный момент единственный способ заменить поврежденные участки органа - пересадка. Данная процедура весьма рискованна в виду высокого процента отторжений. Согласно статистике, через десять лет после трансплантации в живых остаются лишь 10-20% пациентов.

Комментирует Лаура Никласон: "Нам удалось разработать и изготовить пригодное для пересадки крысам легкое, эффективно переносящее кислород и углекислый газ и оксигенирующее гемоглобин в крови. Это один из первых шагов на пути к воссозданию целого легкого у более крупных животных и в конечном итоге у человека".

Ученые удалили из легких взрослой крысы клеточные компоненты, оставив ветвистые структуры легочных путей и кровеносные сосуды, которые послужили каркасом для новых легких. А вырастить клетки легкого им помог новый биореактор, имитирующий процесс развития легких у эмбриона. В итоге выращенные клетки были пересажаны на подготовленный каркас. Данные клетки заполнили внеклеточный матрикс - структуру ткани, обеспечивающую механическую поддержку и перенос веществ. Пересаженные крысам на 45-120 минут, эти искусственные легкие поглощали кислород и выводили углекислый газ, как настоящие.

А вот исследователям из Гарвардского университета удалось сымитировать работу легкого в автономном режиме в миниатюрном устройстве на основе микрочипа. Они отмечают: способность данного легкого поглощать наночастицы в воздухе и имитировать воспалительную реакцию на патогенных микробов представляет собой принципиальное доказательство того, что органы на микрочипах могут в будущем заменить лабораторных животных.

Собственно, ученые создали устройство стенки альвеолы, легочного пузырька, через который осуществляется газообмен с капиллярами. Для этого они высадили на синтетическую мембрану с одной стороны клетки эпителия из альвеол человеческого легкого, а с другой - клетки легочных сосудов. К клеткам легкого в устройстве подается воздух, к "сосудам" - жидкость, имитирующая кровь, а периодическое растяжение и сжатие передает процесс дыхания.

Дабы проверить реакцию новых легких на воздействия, ученые заставили его "вдохнуть" бактерии Escherichia coli вместе с воздухом, которые попали на "легочную" сторону. А одновременно с этим со стороны "сосудов" исследователи пустили в поток жидкости белые кровяные клетки. Клетки легкого обнаружили присутствие бактерии и запустили иммунный ответ: лейкоциты перешли через мембрану на другую сторону и уничтожили чужеродные организмы.

Помимо этого, ученые добавили в воздух, "вдыхаемый" аппаратом, наночастицы, включая типичные загрязнители воздуха. Некоторые виды этих частиц попали в легочные клетки и вызвали воспаление, а многие свободно прошли в "кровоток". При этом исследователи обнаружили, что механическое давление при дыхании существенно усиливает поглощение наночастиц.

В одном из университетов Техаса исследовательской группе удалось в условиях лаборатории вырастить легкое человека. Согласно информации местных средств массовой информации, для своих исследований специалисты воспользовались непригодными для пересадки и испорченными легкими двух детей, смерть которых наступила от нечастного случая. Легкие одного из детей ученые хорошо очистили от легочных клеток, в результате чего остался только своеобразный каркас органа, состоящий из коллагена и эластина. После чего на этот каркас ученые пересадили клеточный материал с легкого другого ребенка, после чего образец был помещен в камеру, содержащую раствор с питательной средой. Через 30 дней ученые выявили, что клетки на органе стали размножаться и орган достиг вполне естественных размеров.

Чтобы убедиться в достоверности полученных данных, ученые провели повторный эксперимент. Как отмечает один из авторов исследовательского проекта Джоан Николс, для экспериментов потребовался целый год, чтобы убедиться в том, что все сделано правильно. То, что ранее можно было считать научной фантастикой, сейчас является вполне доказанным фактом. Как считает Николс, использовать для пересадки пациентам выращенные в таких условиях легкие можно будет через двенадцать лет. Она уверена, что её ученики смогут успешно продолжить её начинания, и в будущем именно они будут пересаживать пациентам искусственные легкие.

Искусственно выращенные легкие практически не отличаются от естественных, за исключением более мягкой текстуры и яркого розового цвета. Свои эксперименты ученые намерены продолжать и уже в ближайшие годы планируют провести ряд экспериментов на свиньях и пересадить им искусственные органы. Исследовательская группа отмечает, что данный метод по созданию органов был разработан несколько лет назад и изначально эксперименты проводились на крысах. В Соединенных штатах, как и в других странах, испытывается острая нехватка донорских органов, в частности легких. На протяжении года операцию по трансплантации легких проводят только половине пациентов, ожидающих трансплантацию (без пересадки легкого такие пациенты живут не дольше двух лет).

Немного раньше американским исследователям удалось создать новое легкое из эмбриональных и индуцированных стволовых клеток. Данный эксперимент, по мнению специалистов, позволит в будущем выращивать легкое, которое будет вполне пригодным для тестирования лекарственных препаратов или проведения научных экспериментов. Помимо этого, такие легкие вполне подойдут для трансплантации пациентам, которые нуждаются в новом органе.

Другой исследовательской группе из Колумбийского университета удалось создать кишечник из стволовых клеток. Сейчас ученые уверены, что из стволовых клеток можно получить, по меньшей мере, шесть типов клеток легкого, а также дыхательных путей, в частности можно создать ткани, которые помогут восстановить легкие после тяжелых травм или повреждений. Кроме того, ученые считают, что смогут создавать по новой технологии легкие используя собственные ткани пациента, который нуждается в трансплантации.

При нарушении у больного дыхания проводится ИВЛ, или искусственная вентиляция легких (искусственное дыхание). Она применяется, когда больной не в состоянии дышать самостоятельно или когда он лежит под анестезией, вызывающей нехватку кислорода.

Есть несколько разновидностей ИВЛ – от обычной ручной вентиляция легких до аппаратной. С ручной может справиться почти любой человек, аппаратная требует понимания того, как устроено медицинское оборудование.

Это важная процедура, поэтому необходимо знать, как проводить ИВЛ, какова последовательность действий, сколько живут пациенты, подключенные к ИВЛ, а также в каких случаях процедура противопоказана, а в каких проводится.

Что такое ИВЛ

В медицине ИВЛ – это искусственное вдувание в легкие воздуха для обеспечения газообмена между альвеолами и окружающей средой.

Искусственная вентиляция применяется в том числе как мера реанимации, если у пациента серьезные нарушения дыхания, либо как средство защиты организма от недостатка кислорода.

Состояние нехватки кислорода появляется при болезнях спонтанного характера или при анестезии.Искусственная вентиляция имеет прямую и аппаратную форму.

Первая подразумевает сжимания/разжимания легких, обеспечивающие пассивные вдохи и выдохи без помощи аппарата. Аппаратная использует специальную газовую смесь, которая попадает в легкие через аппарат искусственной вентиляции (это своеобразные искусственные легкие).

Когда делают искусственную вентиляцию

Существуют следующие показания для искусственной вентиляции:

После операции

В легкие больного вставляют интубационную трубку устройства ИВЛ в операционной либо после доставки пациента в палату наблюдения после наркоза или отделение интенсивной терапии.

Целями ИВЛ после оперативного вмешательства считаются:

• Исключение откашливания секрета и мокроты из легких, снижающее частоту возникновений инфекционных осложнений;
• Создание условий, благоприятных для питания с помощью трубки, с целью нормализации перистальтики и снижения частоты возникновений расстройств ЖКТ;
• Снижение негативного воздействия на скелетную мускулатуру, возникающего после продолжительного действия анестетиков;
• Снижение риска глубокого нижнего венозного тромбоза, уменьшение необходимости поддержки сердечно-сосудистой системы;
• Ускоренная нормализация психических функций, а также нормализация состояния бодрствований и сна.

При пневмонии

При возникновении у больного тяжелой пневмонии может скоро развиться острая дыхательная недостаточность.

При данном заболевании показаниями к искусственной вентиляции считаются:

• Нарушения психики и сознания;
• Критический уровень артериального давления;
• Прерывистое дыхание чаще 40 раз/мин.

Искусственная вентиляция проводится на раннем этапе развития заболевания для повышения эффективности работы и снижения риска смертельного исхода. Длится ИВЛ 10-15 суток, а через 3-5 часов после помещения трубки выполняют трахеостомию.

При инсульте

В лечении инсульта подключение ИВЛ является реабилитационной мерой.

Применять искусственную вентиляцию необходимо в случаях:

• Поражения легких;
• Внутреннего кровотечения;
• Патологии дыхательной функции организма;
• Комы.

При геморрагическом или ишемическом приступе у пациента затрудненное дыхание, восстанавливаемое аппаратом ИВЛ для обеспечения клеток кислородом и нормализации функций мозга.

При инсульте искусственные легкие ставят на срок менее двух недель. Этот период характеризуется снижением отечности мозга и прекращением острого периода болезни.

Виды аппаратов для искусственной вентиляции

В реанимационной практике используются следующие устройства искусственного дыхания, которые осуществляют доставку кислорода и удаление из легких углекислого газа:

1. Респиратор . Устройство, которое используется для длительной реанимации. Большинство из таких аппаратов работают на электричестве и могут регулироваться по объему.

По способу устройства можно разделить на респираторы:

• Внутреннего действия с эндотрахеальной трубкой;
• Наружного действия с лицевой маской;
• Электростимуляторы.

1. Высокочастотная аппаратура . Облегчает привыкание пациента к аппарату, существенно снижает внутригрудное давление и дыхательный объем, облегчает кровоток.

Режимы ИВЛ в реанимации

Устройство искусственного дыхания используется в реанимации, оно относится к числу механических методов искусственной вентиляции. Он включает респиратор, интубационную трубку либо трахеостомическую канюлю.

У новорожденных и детей более старшего возраста могут возникать такие же проблемы с дыханием, как и у взрослых. В таких случаях используют разные аппараты, которые отличаются размером вводимой трубки и частотой дыхания.

Аппаратная искусственная вентиляция проводится в режиме свыше 60 циклов/мин. с целью снижения дыхательного объема, давления в легких, облегчения кровообращения и адаптации пациента к респиратору.

Основные способы ИВЛ

Высокочастотная вентиляция может проводиться 3 способами:

• Объемная . Частота дыхания составляет от 80 до 100 в мин.
• Осцилляционная . Частота 600 – 3600 в мин. с вибрацией прерывистого или непрерывного потока.
• Струйная . От 100 до 300 в мин. Самая популярная вентиляция, при ней с помощью тонкого катетера или иглы в дыхательные пути под давлением вдувается смесь газов или кислород. Другие варианты – трахеостома, интубационная трубка, катетер через кожу или нос.

Кроме рассмотренных методик, выделяют режимы реанимации по типу аппарата:

1. Вспомогательный – дыхание пациента сохраняется, подача газа происходит при попытке человека сделать вдох.
2. Автоматический – дыхание полностью подавляется фармакологическими препаратами. Пациент дышит полностью с помощью компрессии.
3. Периодический принудительный – применяется при переходе к полностью самостоятельному дыханию от ИВЛ. Постепенное снижение частоты вдохов искусственных заставляет человека дышать самому.
4. Электростимуляция диафрагмы – электростимуляция проводится с помощью наружных электродов, заставляющих диафрагму ритмично сокращаться и раздражающих нервы, расположенные на ней.
5. С ПДКВ – внутрилегочное давление при этом режиме остается положительным относительно атмосферного, что дает возможность лучше распределять в легких воздух, устранять отеки.

Аппарат искусственной вентиляции

В постоперационной палате или режиме реанимации используется устройство искусственной вентиляции. Это оборудование необходимо для подачи в легкие смеси из сухого воздуха и кислорода. Используется принудительный способ для насыщения крови и клеток кислородом и выведения углекислого газа из организма.

Существует несколько видов аппаратов ИВЛ:

• В зависимости от вида оборудования – трахеостома, интубационная трубка, маска;
• В зависимости от возраста – для новорожденных, детей и взрослых;
• В зависимости от алгоритма работы – механический, ручной, а также с нейроконтролируемой вентиляцией;
• В зависимости от назначения – общего или специального;
• В зависимости от привода – ручной, пневмомеханический, электронный;
• В зависимости от сферы применения – отделение реанимации, интенсивной терапии, послеоперационное отделение, новорожденных, анестезиологии.

Порядок проведения ИВЛ

Для выполнения ИВЛ врачи используют специальные медицинские аппараты. После осмотра пациента врач устанавливает глубину и частоту вдохов, подбирает состав газовой смеси. Смесь для дыхания подается с помощью шланга, который связан с трубкой. Аппарат контролирует и регулирует состав смеси.

При использовании маски, закрывающей рот и нос, аппарат снабжается системой сигнализации, сообщающей о нарушении дыхания. При продолжительной вентиляции производится введения воздуховода через стенку трахеи.

Возможные проблемы

После установки устройства ИВЛ и во время его работы могут возникнуть следующие проблемы:

1. Десинхронизация с респиратором . Может привести к неадекватной вентиляции, падению объема дыхания. Причинами считаются задержка дыхания, кашель, патологии легких, неверно установленный аппарат, бронхоспазмы.
2. Наличие борьбы человека с аппаратом . Для исправления необходимо устранить гипоксию, а также проверить параметры устройства, саму аппаратуру и положение эндотрахеальной трубки.
3. Повышенное давление в дыхательных путях . Появляется вследствие бронхоспазмов, нарушений целостности трубки, гипоксии, отека легких.

Негативные последствия

Применение аппарата ИВЛ либо другого способа искусственной вентиляции может стать причиной следующих осложнений:

Отлучение пациента от ИВЛ

Показанием для выполнения отлучения пациента является положительная динамика показателей:

• Сокращение минутной вентиляции до 10 мл/кг;
• Восстановление дыхания до уровня 35 в мин.;
• У больного нет инфекции или повышенной температуры, апноэ;
• Стабильные показатели крови.

Перед отлучением необходимо выполнить проверку остатков мышечной блокады, а также до минимума сокращают дозу седативных препаратов.

Видео

Различные виды искусственной вентиляции легких (ИВЛ) позволяют обеспечить газообмен пациенту как во время операции, так и при критических состояниях опасных для жизни. Искусственное дыхание спасло немало жизней, но что такое ИВЛ в медицине понимает не каждый, поскольку вентиляция легких с помощью специальных аппаратов, появилась только в прошлом веке. В настоящее время трудно представить реанимационное отделение или операционную без аппарата ИВЛ.

Для чего нужна искусственная вентиляция легких

Отсутствие или нарушение дыхания и последующая остановка кровобращения в течение более 3-5 минут неизбежно ведут к необратимому поражению головного мозга и смерти. В таких случаях только методы и техника проведения искусственной вентиляции легких могут помочь спасти человека. Нагнетание воздуха в дыхательную систему, массаж сердца помогают временно предотвратить гибель клеток мозга при клинической смерти, и в некоторых случаях дыхание и сердцебиение удается восстановить.

Правила и способы проведения искусственной вентиляции легких изучают на специальных курсах, основы ИВЛ рот в рот используются для оказания первой помощи больным. Говоря о технике искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и непрямого массажа сердца, стоит помнить, что их соотношение равно 1:5 (один вдох и пять компрессий грудины) для взрослых и детей с массой тела более 20 кг., если реанимацию проводят два спасателя. Если реанимацию проводит один спасатель, соотношение равно 2:15 (два вдоха и пятнадцать компрессий грудины). Общее число компрессий грудины составляет 60-80 и даже может достигать 100 в минуту и зависит от возраста пациента.

Но в настоящее время ИВЛ используется не только в реанимационных мероприятиях. Она позволяет проводить сложные оперативные вмешательства, является методом поддержки дыхания при заболеваниях вызывающих его нарушение.

Многие задаются вопросом: сколько живут люди, подключенные к аппарату искусственной вентиляции легких? Поддерживать жизнь таким образом можно сколько угодно долго, а решение об отключении от ИВЛ принимается в зависимости от состояния больного.

Показания для проведения ИВЛ в анестезиологии

Проведение оперативных вмешательств, требующих общего обезболивания, проводится с использованием анестетиков, которые вводятся в организм как внутривенно, так и ингаляционным путем. Большинство анестетиков угнетают дыхательную функцию организма, поэтому для введения пациента в медикаментозный сон требуется искусственная вентиляция легких, ведь последствия угнетения дыхания как у взрослых, так и у детей могут привести к снижению вентиляции, гипоксии, нарушению работы сердца.

Кроме того, для проведения любых операций, где используется многокомпонентный наркоз с интубацией трахеи и ИВЛ, обязательными компонентами являются мышечные релаксанты. Они расслабляют мышцы больного, в том числе и мышцы грудной клетки. Это подразумевает аппаратное поддержание дыхания.

Показания и последствия ИВЛ в анестезиологии, следующие:

• необходимость расслабления мышц во время оперативного вмешательства (миоплегия);
• нарушение дыхания (апноэ), возникшее на фоне введения в наркоз или во время операции. Причиной может быть угнетение дыхательного центра анестетиками;
• оперативные вмешательства на открытой грудной клетке;
• дыхательная недостаточность во время анестезии;
• искусственная вентиляция легких после операции, при медленном восстановлении спонтанного дыхания.

Ингаляционный наркоз, тотальная внутривенная анестезия с ИВЛ – основные методы обезболивания при операциях на грудной и брюшной полости, когда требуется использование миорелаксантов для обеспечения адекватного хирургического доступа.

Мышечные релаксанты позволяют уменьшить дозу наркотических препаратов, помогают легче достичь синхронизации пациента с наркозно–дыхательной аппаратурой и помогают сделать работу для хирургов более удобной.

Показания к ИВЛ в реанимационной практике

Процедуру рекомендуется проводить при любых нарушениях дыхания (асфиксии), как возникших внезапно, так и предсказуемых. При нарушении дыхания наблюдаются три этапа: обструкция (нарушенная проходимость) дыхательных путей, гиповентиляция (недостаточная вентиляция лёгких) и, как следствие, апноэ (остановка дыхания). Показанием к проведению ИВЛ являются любые причины обструкции и последующих этапов. Такая необходимость может появиться не только во время плановых операций, но и в экстренных ситуациях, которые по сути уже являются реанимацией. Причины могут быть следующие:

• Повреждения головы, шеи, груди и живота;
• Инсульт;
• Судороги;
• Поражение электротоком;
• Передозировка лекарств;
• Отравление окисью углерода, вдыхание газа и дыма;
• Анатомические искажения носоглотки, глотки и шеи;
• Инороднее тело в дыхательных путях;
• Декомпенсация обструктивных легочных заболеваний (астма, эмфизема);
• Утопление.

Режимы искусственной вентиляции легких (ИВЛ) в реанимации отличаются от ее проведения в качестве анестезиологического пособия. Дело в том, что многие заболевания могут вызывать не отсутствие дыхания, а дыхательную недостаточность, которая сопровождается нарушением оксигенации тканей, ацидозом, патологическими видами дыхания.

Для лечения и коррекции таких состояний требуются особые режимы ИВЛ в реанимации, например, при отсутствии заболеваний дыхательной системы используют режим вентиляции с контролем по давлению, при котором воздух под давлением поступает на вдохе, но выдох осуществляется пассивно. При бронхоспазме, давление на вдохе нужно увеличить, чтобы преодолеть сопротивление в дыхательных путях.

Во избежание ателектаза (отека легких во время искусственной вентиляции легких) целесообразно увеличить давление на выдохе, это поднимет остаточный объем и не допустит спадания альвеол и пропотевания в них жидкости из кровеносных сосудов. Также режим контролируемой вентиляции легких дает возможность изменять дыхательный объем и частоту дыхания, что позволяет обеспечить нормальную оксигенацию у пациентов.

При необходимости проведения вентиляции легких у людей с острой дыхательной недостаточностью целесообразно отдать предпочтение высокочастотной ИВЛ, так как традиционная вентиляция может оказаться малоэффективной. Особенность методов, которые относят к высокочастотной ИВЛ, состоит в использовании высокой частоты вентиляции (превышает 60 в минуту, что соответствует 1 Гц) и уменьшенного дыхательного объема.

Способы и алгоритм проведения ИВЛ у реанимационных больных могут быть различными, показания для ее проведения:

• отсутствие самостоятельного дыхания;
• патологическое дыхание, в том числе тахипноэ;
• дыхательная недостаточность;
• признаки гипоксии.

Искусственная вентиляция легких, алгоритм проведения которой зависит от показаний, может осуществляться как с помощью аппарата, на котором выставляются соответствующие параметры ИВЛ (у взрослых и детей они различны), так и мешком Амбу. Если во время анестезиологического пособия при кратковременных вмешательствах можно использовать масочный метод, то в реанимации, обычно делают интубацию трахеи.

Противопоказания к проведению ИВЛ чаще имеют этическую окраску, так, ее не проводят при отказе больного, пациентам, когда отсутствует смысл продлевать жизнь, например, при последних стадиях злокачественных опухолей.

Осложнения

Осложнения после искусственной вентиляции легких (ИВЛ) могут возникнуть вследствие несоответствия режимов, состава газовой смеси, неадекватной санации легочного ствола. Они могут проявиться в нарушении гемодинамики, работы сердца, воспалительных процессах в трахее и бронхах, ателектазах.

Несмотря на то что искусственная вентиляция легких способна отрицательно влиять на организм, так как не может полностью соответствовать нормальному спонтанному дыханию, ее использование в анестезиологии и реанимации дает возможность оказать помощь в критических состояниях и провести адекватное обезболивание при оперативных вмешательствах.

Чтобы получить представление о проведении искусственной вентиляции легких, смотрите видео.