Urządzenie ECP-100 do nieinwazyjnego wspomagania układu

inżynieria biomedyczna / biomedical engineering
IB_01-2009 [PL_1].qxd
2009-03-20
08:04
Page 52
Urządzenie ECP -100 do nieinwazyjnego
wspomagania układu krążenia wykorzystujące
metodę kontrpulsacji zewnętrznej
Urządzenie ECP-100, opracowane przez ITAM Zabrze
przy współpracy z IBIB PAN Warszawa, umożliwia terapię pacjentów z chorobą niedokrwienną serca. Podczas
zabiegu pacjent z zestawem mankietów pneumatycznych
spoczywa na leżu zabiegowym. Zestaw składa się z trzech
mankietów (podobnych do tych stosowanych przy pomiarze ciśnienia), które są owinięte dookoła łydek, ud
i pośladków. Mankiety są napełniane sekwencyjnie na
początku fazy rozkurczu serca i opróżniane przed fazą
skurczu. Napełnianie i opróżnianie mankietów jest zsynchronizowane z przebiegiem EKG, tak by zoptymalizować korzyści terapeutyczne.
Metoda kontrpulsacji zewnętrznej (External Counterpulsation
­ ECP) jest podstawową nieinwazyjną metodą mechanicznego wspomagania układu krążenia. Polega na sekwencyjnym
ucisku kończyn dolnych za pomocą zespołu mankietów pneumatycznych. Stosowane ciśnienia ucisku przekraczają końcowe skurczowe ciśnienie tętnicze, dlatego też proces ucisku
musi być prowadzony synchronicznie w stosunku do pracy
serca pacjenta, by nie obciążał samego serca. Wspomaganie tą
metodą powoduje wzrost ciśnienia aortalnego i lepsze ukrwienie mięśnia sercowego w fazie rozkurczu oraz obniżenie ciśnienia aortalnego w fazie skurczu. Terapia kontrpulsacji zewnętrznej jest nieinwazyjną metodą leczenia pacjentów
z dusznicą bolesną i niewydolnością serca. Jest ona zwykle
wykonywana ambulatoryjnie, w 35 jednogodzinnych sesjach
rozłożonych w okresie ok. 7 tygodni. Badania kliniczne oraz
dane pochodzące z International EECP Patent Registry
(IEPR), koordynowanego przez Centrum Danych Epidemiologicznych Uniwersytetu w Pittsburgh, pokazują, że 70-80%
pacjentów odczuwa korzystne efekty terapeutyczne natychmiast po ukończeniu cyklu terapeutycznego. Badania kontrolne pokazały, że efekty terapii są jeszcze większe po 6 miesiącach i utrzymują się przez 24 miesiące po jej ukończeniu [1].
Obserwacja jakości życia na losowo wybranych pacjentach pokazuje znaczącą poprawę ich zdolności w codziennym życiu,
a także w podjęciu kontaktów towarzyskich i zajęć rekreacyjnych [1, 2]. Badania pokazały, że hemodynamiczne skutki terapii bardzo przypominają skutki działania balonowej pompy
wewnątrzaortalnej (intra-aortic balloon pump ­ IABP) [3], od
dawna uznanej za wzór wspomagania krążenia u pacjentów
z zaburzeniami hemodynamicznymi. Zwiększenie ciśnienia
rozkurczowego, osiągane z użyciem ECP, okazało się porównywalne do osiąganego przez stosowanie IABP, co skutkuje
poprawą krążenia wieńcowego przy jednoczesnym zmniejszeniu obciążenia serca [4].
W latach 50. dwudziestego wieku Kantrowitz [15] po raz
pierwszy zastosował w praktyce urządzenie wykorzystujące
metodę kontrpulsacji zewnętrznej. Pierwsze urządzenie stosowane kliniczne, które rozpoczęło pracę w 1953 roku.
Wspomniana wcześniej metoda terapeutyczna została wykorzystana w powstałym w Instytucie Techniki i Aparatury
Medycznej w Zabrzu przy współpracy z Instytutem Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN w Warszawie w ramach projektu celowego nr 6 T11 2004C/06486 systemie
ECP-100 (rys. 1). Urządzenie ma formę łoża zabiegowego
z wbudowanym zasilaczem pneumatycznym, układami sterowania elektronicznego i pneumatycznego oraz autonomicznymi układami monitorującymi stan pacjenta. Pracą urządzenia
steruje komputer klasy PC. Obserwacja stanu pacjenta (EKG,
pletyzmogram, nasycenie krwi tlenem, puls), jak również parametrów pracy urządzenia odbywa się na monitorze komputerowym. Osoba obsługująca urządzenie otrzymuje informację o wszelkich nieprawidłowościach w stanie pacjenta oraz
52
w pracy urządzenia. Informacje te są prezentowane w postaci
alarmów wizualnych na monitorze komputerowym oraz w postaci alarmów dźwiękowych. W sytuacjach awaryjnych autonomiczna jednostka sterująca wstrzymuje pracę urządzenia.
Rys. 1 Urządzenie ECP-100
Poddany terapii nieinwazyjnego wspomagania układu krążenia pacjent leży na łożu zabiegowym ­ jak pokazano na rys. 2.
Istota pracy urządzenia polega na podnoszeniu ciśnienia rozkurczowego krwi poprzez wypychanie krwi z kończyn dolnych we wczesnej fazie rozkurczowej serca. Wypychanie krwi
następuje rytmicznie, synchronicznie do pracy serca, z użyciem zespołu 6 mankietów pneumatycznych owiniętych wokół nóg i bioder pacjenta. Urządzenie ECP-100 steruje napełnianiem mankietów powietrzem o określonym i nastawionym
ciśnieniu w taki sposób, by najpierw napełniły się mankiety
najbardziej oddalone od serca (oznaczone literą A), a następnie, sekwencyjnie, kolejne coraz bliższe sercu (oznaczone literami B i C). Jednoczesne opróżnienie mankietów następuje
przed następnym skurczem serca (rys. 2). Sekwencyjne napełnianie mankietów powoduje powstawanie wstecznej fali ciśnienia krwi, która zwiększa ciśnienie rozkurczowe i perfuzję
wieńcową oraz powrót żylny do prawej komory serca, zwiększając obciążenie wstępne i pojemność minutową serca. Szybkie i jednoczesne opróżnienie mankietów zmniejsza oporność
naczyniową i obciążenie następcze. Urządzenie daje możliwość opuszczenia od 1 do 5 kolejnych cykli pracy serca.
Rys. 2 Sekwencje pracy urządzenia ECP-100
Acta Bio-Optica et Informatica Medica 1/2009, vol. 15
IB_01-2009 [PL_1].qxd
2009-03-20
08:04
Page 53
Kontrpulsacja zewnętrzna jest bezpieczną i efektywną metodą terapii, dającą długofalowe pozytywne efekty u pacjentów
z dusznicą bolesną [1, 5, 6], dysfunkcją lewej komory (LVD)
[7] i niewydolnością serca [8, 9, 10]. Terapia jest wskazana
przy stabilnej i niestabilnej dusznicy bolesnej, przewlekłej
prawokomorowej niewydolności serca, ostrym zawale mięśnia
sercowego oraz szoku kardiogennym.
Pacjenci kwalifikujący się i rokujący na uzyskanie pozytywnych efektów terapii:
Pacjenci z dusznicą bolesną [7, 11, 12], którzy:
­ nie reagują już na terapię lekową,
­ ograniczają swoją aktywność, aby uniknąć skutków dusznicy,
­ nie chcą poddać się inwazyjnemu zabiegowi unaczynienia,
­ cierpią na dysfunkcję lewej komory serca (EF <35%),
­ cierpią na inne choroby, które zwiększają ryzyko zabiegów unaczynienia (np. cukrzyca, niewydolność serca,
choroby płuc, niewydolność nerek),
­ mają budowę serca niesprzyjającą interwencji chirurgicznej lub unaczynieniu za pomocą cewnika,
­ zostali określeni jako nieoperacyjni albo z dużym prawdopodobieństwem komplikacji operacyjnych,
­ cierpią na niewydolność mikronaczyń krwionośnych (zespół sercowy X).
Pacjenci z niewydolnością serca, w stanach normowolemicznych [7, 9, 10]:
­ z niedokrwienną lub samoistną chorobą mięśnia sercowego,
­ z dysfunkcją lewej komory serca (EF <35%),
­ cierpiący na inne choroby, które zwiększają ryzyko zabiegów unaczynienia.
Diabetycy, w których przypadku ryzyko komplikacji pooperacyjnych jest większe [13].
Starsi pacjenci o podwyższonym ryzyku choroby lub
śmierci w wyniku interwencji metodą inwazyjną [14].
Przeciwwskazania:
arytmie, które zakłócają sterowanie aparaturą wspomagającą,
diateza krwi (skaza krwotoczna),
zapalenie zakrzepowe żył,
poważna niedrożność żył w kończynach dolnych,
obecność udokumentowanego tętniaka aortalnego wymagającego interwencji chirurgicznej,
ciąża. Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Michał Bachorz1, Marek Geodecki1,
Marek Darowski2, Maciej Kozarski2
12.
Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM,
ul. Roosevelta 118, 41-800 Zabrze,
[email protected]
2
Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN,
ul. ks. Trojdena 4, 02-109 Warszawa
1
13.
14.
15.
Acta Bio-Optica et Informatica Medica 1/2009, vol. 15
A.D. Michaels, G. Linnemeier, O. Soran, S.F. Kelsey,
E.D. Kennard: Two-Year Outcomes After Enhanced External Counterpulsation for Stable Angina Pectoris (from the International EECP Patient Registry [IEPR]), American
Journal of Cardiology, vol. 93, 2004, s. 461-464.
R.R. Arora, T.M. Chou, D. Jain i in.: Effects of Enhanced
External Counterpulsation on Health-Related Quality of Life
Continue 12 Months After Treatment: A Substudy of the Multicenter Study of Enhanced External Counterpulsation, Journal of Investigative Medicine, vol. 50(1), 2002, s. 25-32.
I. Taguchi, K. Ogawa, A. Oida i in.: Comparison of Hemodynamic Effects of Enhanced External Counterpulsation and
Intra-Aortic Balloon Pumping in Patients with Acute Myocardial Infarction, The American Journal of Cardiology, vol.
86(10), 2000, s. 1139-1141.
A.D. Michaels, M. Accad, T.A. Ports: Left Ventricular Systolic Unloading and Augmentation of Intracoronary Pressure
and Doppler Flow During Enhanced External Counterpulsation, Circulation, vol. 106(10), 2002, s. 1237-1242.
W.E. Lawson, E.D. Kennard, R. Holubkov i in.: Benefit
and safety of enhanced external Counterpulsation in treating
coronary artery disease patient with a history of congestive heart
failure, Cardiology, 2001.
E.H. Yang, G.W. Barsness, B.J. Gersh, K. Chandrasekaran, A. Lerman: Current and Future Treatment Strategies for
Refractory Angina, Mayo Clinic Proceedings, vol. 79(10),
2004, s. 1284-1292.
T.A. Brosche, S.K. Middleton, R.G. Boogaard: Enhanced
External Counterpulsation, Dimensions of Critical Care Nursing, vol. 23(5), 2004, s. 208-213.
W.E. Lawson, J.C. Hui, G.W. Barsness, E.D. Kennard,
S.F. Kelsey: IEPR Investigators. Effectiveness of Enhanced
External Counterpulsation in Patients with Left Main Disease
and Angina, Clinical Cardiology, vol. 27(8), 2004, s. 459-463.
D. Werner, F. Michalk, J. Harazny, C. Hugo, W.G. Daniel, G. Michelson: Accelerated Reperfusion of Poorly Perfused Retinal Areas in Central Retinal Artery Occlusion and
Branch Retinal Artery Occlusion After a Short Treatment with
Enhanced External Counterpulsation, Retina, vol. 24(4),
2004, s. 541-547.
C.A. Henrickson, N. Chandra-Strobos: Enhanced External
Counterpulsation Therapy: Significant Clinical Improvement
without Electrophysiologic Remodeling, Annals of Noninvasive Electrocardiology, vol. 9(3), 2004, s. 265-269.
M.J. Hilz, D. Werner, H. Marthol, F.A. Flachskampf,
W.G. Daniel: Enhanced External Counterpulsation Improves
Skin Oxygenation and Perfusion, European Journal of Clinical Investigation, vol. 34(6), 2004, s. 385-391.
P.O. Bonetti, S.N. Gadasalli, A. Lerman, G.W. Barsness:
Successful Treatment of Symptomatic Coronary Endothelial
Dysfunction with Enhanced External Counterpulsation, Mayo
Clinic Proceedings, vol. 79(5), 2004, s. 690-692.
L. Mielniczuk, L.B. da Silva, H. Haddad: Enhanced External Counterpulsation in Ischemic Heart Disease and Congestive Heart Failure, Canadian Medical Association Journal,
vol. 170(8), 2004, s. 1223-1224.
D. Masuda, M. Fujita, R. Nohara, A. Matsumori, S. Sasayama: Improvement of Oxygen Metabolism in Ischemic Myocardium as a Result of Enhanced External Counterpulsation
with Heparin Pretreatment for Patients with Stable, Heart
Vessels, vol. 19(2), 2004, s. 59-62.
A. Kantrowitz: Experimental augmentation of coronary flow
by retardation of arterial pulse pressure, Surgery, vol. 34,
1953, s. 678-687.
53
inżynieria biomedyczna / biomedical engineering
Dobór pacjentów