Аппарат для экстракорпорального очищения крови – "Биоискусственная печень"

Исследования и проектно-конструкторские работы, проводимые Миасским заводом медицинского оборудования (Ген.директор В.И. Супрун) совместно с  лабораторией «Искусственные органы и клетки» ЮУНЦ РАМН (зав.лаб. профессор Рябинин В.Е.) и Центром Клеточных Технологий при Областной Клинической Больнице, позволили подойти к разработке нового экстракорпорального метода детоксикации и нормализации обменных процессов с использованием обменного устройства для аппарата экстракорпорального очищения крови «Биоискусственная печень». Модельные эксперименты и исследования на животных продемонстрировали высокую эффективность метода, проявляющуюся в способности препарата, полученного из печени свиней (биодиализата), активизировать детоксикационные процессы, снижать интенсивность патологических процессов и нормализовать содержание различных компонентов крови. Кроме того, в процессе контакта с кровью (через полупроницаемую мембрану) из препарата печени в кровь путем обычной диффузии  поступают необходимые для жизнедеятельности вещества: аминокислоты, витамины, глюкоза, энергетические субстраты и др. Это свидетельствует о том, что в предлагаемом методе заложена не только потенциальная возможность осуществления процессов детоксикации, но и проведения заместительной терапии по типу трансфузионного лечения. Действующим началом биодиализа является микросомальная система детоксикации и биологически активные метаболиты: аминокислоты, АТФ, аскорбиновая кислота и другие компоненты. Технология применения биодиализата существенно отличается от применения обычного диализирующего раствора, что ставило новые технические задачи перед разработчиком аппаратуры.

По сравнению с разработанными до сих пор аппаратами предлагаемая система имеет следующие преимущества и особенности:

• система позволяет осуществлять замещение не только детоксицирующей, но и метаболической функции печени;
• система обеспечивает быстрое выполнение операций, что позволяет использовать ее при массовых поражениях, стихийных бедствиях, террористических актах и пр.;
• система является программно-управляемой и, основываясь на разрабатываемых в проекте алгоритмах, дает возможность гибко менять режим операции в соответствии с решаемой задачей.

Технические решения макетного образца аппарата, выполненного на основе гемодиализного аппарата, содержат несколько принципиальных отличий от традиционного гемодиализного :
- гидравлическая система, в которой происходит перемещение биодиализата, минимизирована по объему и является разомкнутой, развязанной на атмосферу в емкости для хранения биодиализата;
- процесс термостабилизации не связан с расходом биодиализата.

Эти технические решения обеспечивают:

1. широкий диапазон объемов применяемого биодиализата, минимальное количество которого составляет 1000 мл;
2. широкий диапазон расходов биодиализата, что позволяет оптимизировать режим очищения организма пациента;
3. возможность сочетания воздействия биодиализата со всеми известными видами гемодиализа, ультрафильтрации, гемофильтрации и гемосорбции.

Созданное в среде МS DOS программное обеспечение в ходе изготовления макетного образца аппарата было отработано и отлажено на специализированном рабочем месте. Контрольно-измерительные приборы и ПЭВМ в составе  специализированного рабочего места при изготовлении макетного образца аппарата обеспечили:

• Написание и редактирование алгоритма функционирования аппарата.
• Занесение запрограммированного алгоритма в постоянное запоминающее устройство микропроцессоров.
• Тестирование и отладку  электроэлементов и микропроцессорного блока управления;
• Стендовую отработку функционирования аппарата.

После отладки программное обеспечение было установлено в систему управления аппарата, центром которой является  промышленный компьютер РРС‑57S‑SA‑T с сенсорным экраном.
Использование совмещенного дисплея и клавиатуры упростило управление аппаратом  и позволило сконцентрировать внимание оператора на целостном отображении множества параметров, характеризующих режим. Кроме того, по конструктивным и экономическим соображениям было более оправданным применение графического дисплея (дисплеи отечественных гемодиализных аппаратов обычно выполняются цифровыми или буквенно-цифровыми и поэтому существенно уступают графическому дисплею по универсальности функциональных возможностей, объему визуализируемой информации, наглядности ее представления и удобству считывания).

Специальные исследования продемонстрировали возможность использования в аппарате альбуминового диализа и проведения операций плазмафереза, что существенно увеличивает его потенциальную терапевтическую эффективность. Если проанализировать выпускаемые в настоящее время аппараты для экстракорпорального очищения крови, то по назначению и функциональным возможностям ближайшим аналогом аппарата “Биоискусственная печень»” является аппарат “Mars” немецкой фирмы Teraklin AG. Особо необходимо отметить то, что аппарат “Mars” не является автономным устройством, он может работать только совместно с гемодиализным аппаратом и то далеко не с каждым. Аппарат “Биоискусственная печень” напротив является полностью автономным устройством. Аппарат “Mars” может работать только со своим комплектом расходных материалов, причем очень дорогим. На сегодняшний день в аппарате “Биоискусственная печень” реализованы три различных вида терапий, а в аппарате “Mars” только один. При этом наличие в аппарате “Биоискусственная печень»” достаточного набора датчиков, исполнительных устройств (насосов, клапана, нагревателя и т.д.) и мощного панельного компьютера позволяет легко увеличить число проводимых на аппарате видов терапий. Изменив только программное обеспечение панельного компьютера на аппарате “Биоискусственная печень” можно будет проводить гемосорбцию и плазмофорез.

Макетный образец аппарата по удобству обслуживания и эргономике вообще  соответствует современным требованиям к гемодиализным аппаратам. Функционирование макетного образца при проведении экспериментальных исследований  признано удовлетворительным. Макетный образец аппарата в целом соответствует поставленной задаче.

На данный момент конструкторская документация на опытный образец аппарата выпущена, комплектование материалами и покупными изделиями завершено.

Проведение НИР и ОКР, а также подготовка КТД продемонстрировали возможность сборки таких аппаратов и производство препарата на предприятиях Челябинской области.
Потенциальная обеспеченность техническими ресурсами и животными тканями свидетельствует о достаточной наличности сырьевой базы у нас в стране.

Техническое исполнение проекта планируется проводить на базе ЗАО «Асептические медицинские системы» и «Миасского завода медоборудования» (г. Миасс, Челябинская область), которые имеют соответствующую лицензию и опыт в области производства изделий медицинского назначения. Штат этих предприятий укоплектован опытными, высококвалифицированными специалистами.

Производственный процесс не сопряжен с образованием вредных или токсичных веществ, а этапы производства препарата из печени свиней контролируются в соответствии с имеющимся регламентом производства.

Реализация проекта позволит существенно снизить летальность у больных при печеночной недостаточности ( в настоящее время она составляет 80-90%), нормализовать обменные процессы при хронических заболеваниях печени, различных отравлениях и травмах, повысить качество жизни пациентов. Осуществление работ позволит заполнить пустующую нишу на рынке медицинского оборудования и обеспечит приоритет России в этой области. Возможно также создание портативных систем, которые могут использоваться в полевых условиях при военных действиях, при массовом поступлении больных после стихийных бедствий и террористических актов.

Ежегодно только от печеночной недостаточности и отравлений различного генеза умирает во всем мире несколько миллионов человек в год. Только 10% от общего числа нуждающихся в трансплантации печени получают адекватную хирургическую помощь. Однако высокая стоимость таких операции (200000 долларов США), низкая обеспеченность донорскими органами и постоянный рост заболеваемости показывают, что старыми средствами решить проблемы органной и клеточной терапии невозможно ни в одной стране, даже самой богатой. Поэтому  существует огромная потребность в аппаратах подобного типа как в России, так и за рубежом. В последующем подобными аппаратами и технологией могут быть оснащены районные, городские и областные больницы. Важным расходным элементом функционирования аппарата является лиофилизированный (высушенный) препарат из печени свиней, который может заготавливаться и храниться длительное время (не менее года) до использования. В перспективе ожидается постоянный рост и развитие рынка с учетом повышения спроса и роста экспортного потенциала в развивающиеся страны.

В процессе изготовления возможна модернизация и усовершенствование конструкции, в частности, создание портативных аппаратов для целей МЧС и Министерства обороны. Налаживание серийного производства позволит снизить цену продукции на 25-30% и повысить рентабельность производства.

Установка для экстракорпорального очищения крови «Биоискусственная печень» предназначена для лечения заболеваний, сопровождающихся тяжелым поражением печени с развитием печеночной недостаточности (последствия гепатитов, циррозов и др.), острых отравлений и эндогенных интоксикаций различной природы, поддержки больных, находящихся на листе ожидания до трансплантации печени и после проведения трансплантации. Может использоваться в гепатологических и токсикологических центрах, отделениях хирургии и трансплантологии, реанимации, гравитационной хирургии и др.