Extracorporale circulatie: hart-longmachine

De hart-longmachine is een biomedische ontwikkeling die de patiënt ondersteunt tijdens bijvoorbeeld een hartoperatie. Het apparaat wordt aangesloten op twee lichaamsvaten, waarna bloed uit het lichaam wordt gepompt. Het bloed gaat via canules naar een pomp, die het bloed door een oxygenator pompt. Deze oxygenator voegt zuurstof toe aan het bloed en verwijdert koolstofdioxide. Hierna wordt het bloed gefilterd en terug het lichaam in gepompt. De hart-longmachine neemt dus eigenlijk de functies van het hart en de longen over.

• Wat wordt er bedoeld met een ‘extracorporale circulatie?’
• Wat is een hart-longmachine?
• Wanneer wordt de hart-longmachine gebruikt?
• Geschiedenis van de hart-longmachine
• Hoe werkt een hart-longmachine?
• Hoe wordt een hart-longmachine aangesloten?
• Voor- en nadelen van het gebruik van de hart-longmachine
• Ontwikkeling van de hart-longmachine
• Heb je een sterke maag en vind je dit interessant?

Wat wordt er bedoeld met een ‘extracorporale circulatie?’

Het woord ‘extracorporale circulatie’ komt van het Engelse woord ‘Extracorporeal life support’. Extracorporaal betekent ‘buiten het lichaam’. Extra corporale circulatie betekent dus dat je circulatie (bloedsomloop), je hele systeem van bloedvaten, buiten het lichaam wordt uitgebreid. Onder andere de hart-longmachine gebruikt een extracorporale circulatie: een kunstmatige bloedsomloop.

Wat is een hart-longmachine?

Een hart-longmachine is een apparaat wat gebruikt wordt in de operatiekamer in het ziekenhuis. De hart-longmachine neemt tijdelijk de functie van het hart (bloed rondpompen) en de longen (zuurstof opnemen en koolstofdioxide uit het bloed verwijderen) over. Via een kunstmatige bloedsomloop wordt het bloed rondgepompt. Door middel van de hart-longmachine kan het hart even ‘rusten’ tijdens een operatie, terwijl het bloed toch wordt rond gepompt. Aan het bloed wordt zuurstof toegevoegd. Tevens wordt koolstofdioxide uit het bloed gehaald. Zo worden de functies van de longen ook overgenomen.

Wanneer wordt de hart-longmachine gebruikt?

Een hart-longmachine wordt onder andere gebruikt bij een bypassoperatie. Dit is een ingreep wanneer de kransslagaders van het hart vernauwd zijn. Het hart wordt tijdens de operatie stilgelegd, om een bypass (omweg) aan te leggen. De hart-longmachine neemt dus de functie van het hart over, om te zorgen dat de bloedsomloop in stand blijft.
Andere interventies waarbij de hart-longmachine wordt gebruikt zijn bijvoorbeeld hartklep operaties (bijvoorbeeld vervangen van de aortaklep), het repareren van een septum-defect (bijvoorbeeld een atriumseptumdefect: een ‘gat’ tussen de linker en rechter boezem), voor transplantaties (van hart en/of longen) of bij de interventie van een aneurysma.
Ook bij complicaties met de longen wordt de hart-longmachine gebruikt. Voorbeelden zijn het weghalen van embolieën van de slagaderen van de longen.

Geschiedenis van de hart-longmachine

De eerste hart-longmachine werd in 1926 ontwikkeld door een Sovjet wetenschapper Sergei Brukhonenko. Pas in 1951 werd er bij een patiënt kort de hart- en longfunctie overgenomen.
De operatie werd gedaan in het universiteitsziekenhuis in Minnesota (VS). De patiënt heeft de operatie niet overleefd omdat hij onverwachts een aangeboren hartdefect had.
Hierna volgden vier jaar van laboratorium onderzoeken met honden. Deze ‘versie’ van de hart-longmachine werd het Iron Heart (ijzeren hart) genoemd.

De eerste succesvolle open-hart operatie bij een patiënt met het gebruik van een hart-longmachine was in 1953 in het universiteitsziekenhuis in Philadelphia (VS). Hierbij werd een 18 jarige patiënt geholpen met een atriumseptumdefect.

In de 17e eeuw werd de eerste versie van de oxygenator ontwikkeld. Een oxygenator is een apparaat wat zuurstof toevoegt aan een vloeistof, zoals bloed. Pas in de 19e eeuw werden functionele extracorporale oxygenators ontwikkeld. In 1960 begonnen verschillende bedrijven met het maken van hart-longmachines. Eerst hadden deze machines bubbel oxygenators, maar die later vervangen door membraan oxygenators.

Hoe werkt een hart-longmachine?

Een hart-longmachine bestaat uit een pomp, een oxygenator en een kunstmatige bloedsomloop. De pomp dient als een soort kunsthart. Als het hart tijdens de operatie wordt stilgelegd, blijft de pomp het bloed rondpompen. Er zijn een aantal soorten pompen, waaronder de ‘rollende pomp’ (pomp met een aantal rollers er aan die draaien, die het bloed door de tube vooruit duwen) en een centrifugaal pomp (bloed komt in de pomp waarna het via een roterende beweging vooruit wordt gepompt). De centrifugaal pomp wordt steeds meer gebruikt, omdat hij minder schade aan het bloed zou veroorzaken vergeleken met de rollende pomp.

De oxygenator voegt zuurstof toe aan het bloed en verwijdert koolstofdioxide. Normaal gesproken doen de longen dit en de oxygenator is dus eigenlijk een kunstlong. Tijdens een operatie krijgt de patiënt spierverslappers, waardoor de longen (die werken door middel van spieren die aanspannen en ontspannen) ook worden stilgelegd. Er zijn twee soorten oxygenators: bubbel oxygenators (bloed met daar boven op direct het gasmengsel, uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide) en membraan oxygenators (bloed en zuurstof worden gescheiden door een dun membraan, waardoor zuurstof en koolstofdioxide uitwisseling plaats vindt). De laatstgenoemde wordt steeds meer gebruikt, omdat er dan minder schade voor de bloedcellen ontstaat. Ook filter een membraan oxygenator kleine bubbels van zuurstof weg. Dit heeft als voordeel dat er minder kans op afsluitingen van bloedvaten bestaat.
Verder heeft de hart-longmachine natuurlijk een kunstmatige bloedsomloop. Dit zijn de canules die het bloed uit het lichaam halen, waarna het via de pomp door de oxygenator en daarna terug in het lichaam wordt gepompt. De canules zijn gemaakt uit een flexibel materiaal zoals latex of siliconen. Vlak voordat het bloed terug in het lichaam wordt gepompt via de zuurstofrijke canule, moet het nog door een filter. Grote deeltjes (bijvoorbeeld lucht bubbels / stukje synthetisch materiaal) worden uit het bloed gefilterd, om zo het risico op afgesloten bloedvaten te verminderen.

Hoe wordt een hart-longmachine aangesloten?

Er komt een canule in het rechter atrium, vena cava (lichaamsader) of dijbeenader om bloed vanuit het lichaam te halen. Via deze canule gaat zuurstofarm bloed naar de hart-longmachine, waar het gefilterd wordt, verwarmd of gekoeld en zuurstof aan wordt toegevoegd. Daarna wordt het nu zuurstofrijke bloed terug het lichaam in vervoerd door een andere canule. Deze canule wordt in de aorta of de dijbeenslagader geplaatst. Zo komt het bloed weer terug in de lichaamscirculatie.

Voordat de canules worden aangesloten worden ze doorgespoeld. Dit zorgt ervoor dat alle lucht uit de canules verdwijnt: zo kunnen er geen lucht bubbels in de lichaamscirculatie komen.

De patiënt krijgt heparine tijdens de operatie dat het samenklonteren van bloed voorkomt. Tijdens de operatie wordt de patiënt ook koel gehouden (28-32 °C) om zo de vraag naar zuurstof van de weefsels te verlagen. Door het koelen voorkom je weefselschade door gebrek aan zuurstof.

Tijdens de operatie wordt er ook een cardioplegie-oplossing aan het hart gegeven. Dit zorgt er voor dat het hart tijdelijk stopt met kloppen. Hierdoor kan de chirurg nauwkeuriger werken. Ook gebruikt het hart dan minder zuurstof, waardoor celdood wordt voorkomen. De cardioplegie-oplossingen bestaat uit een combinatie van een aantal stoffen zoals sodiumbicarbonaat en kaliumchloride.

Voor- en nadelen van het gebruik van de hart-longmachine

Natuurlijk heb je bij elk gebruik van een (medische) machine voor- en nadelen. Zo ook voor de hart-longmachine:

Voordelen van het gebruik van de hart-longmachine

Tijdens bepaalde operatieve ingrepen vergroot de hart-longmachine de veiligheid en de kans op slagen. De chirurg hoeft niet onder tijdsdruk te werken wanneer de hart-longmachine aangesloten is.
Tevens blijft het lichaam zijn bloed met voedingsstoffen en zuurstof ontvangen, ook al ligt het hart tijdens de operatie stil. Dit heeft als grote voordeel dat er perfusie van de organen blijft. Zo heb je minder kans op complicaties.

Nadelen van het gebruik van de hart-longmachine

Met het gebruik van de hart-longmachine komt het bloed in contact met materialen die het lichaam niet kent. Dit kan er voor zorgen dat bestandsdelen van het bloed, zoals rode en witte bloedcellen, beschadigd kunnen worden. Deze beschadigde cellen kunnen bijvoorbeeld bloedstolsels maken (ook wel bloedpropjes genoemd). Als deze in het lichaam komen, kan dit leiden tot een hartaanval of een beroerte.

Een ander risico bij het gebruik van de hart-longmachine is het krijgen van luchtbellen in het bloed. Ook dit is erg gevaarlijk, omdat een luchtbel ook vaatjes kan afsluiten. Ook dit kan leiden tot een hartaanval of beroerte.
Andere risico’s zijn het verliezen van veel bloed (als één van de kunstmatige circulatie buizen los zou komen te raken), het capillaire lek-syndroom en het postperfusie syndroom.

Ontwikkeling van de hart-longmachine

Natuurlijk blijft men proberen de hart-longmachine te verbeteren. Ook worden er nieuwe apparaten ontwikkeld, gebaseerd op de hart-long machine. Een voorbeeld daarvan is de ECMO. Dit apparaat is een soort kleine hart-longmachine, maar kan voor een langer termijn worden gebruikt dan de ‘gewone’ hart-longmachine in de operatiekamer. Hierdoor kan er een brug worden geslagen naar bijvoorbeeld het ontvangen van een donorhart. De ECMO is kleiner en kan bijvoorbeeld op de intensive care worden gebruikt.

Heb je een sterke maag en vind je dit interessant?

Kijk dan eens op www.youtube.com en gebruik eens wat zoektermen zoals ‘heart lung machine’, of ‘cardiopulmonary bypass surgery’. Je kunt op Youtube filmpjes vinden van echte operaties waarbij ze de hart-long machine gebruiken.

Lees verder

• Extracorporale circulatie: ECLS/ECMO