Techniki niskotemperaturowe - Seminarium Temat: Selektywne chłodzenie mózgu dziecka po niedotlenieniu okołoporodowym Magdalena Kopp Ostrowska Inżynieria mechaniczno-medyczna Gr.2
1.Niedotlenienie okołoporodowe informacje ogólne Niedotlenienie okołoporodowe jest to stan kiedy mózg dziecka otrzymuje niedostateczną ilość tlenu w wyniku czego zaburzone jest jego funkcjonowanie. Może do tego dojść zarówno w trakcie ciąży, porodu jak i po porodzie. Głównymi przyczynami niedotlenienia okołoporodowego są[5]: zaburzenie wymiany gazowej pomiędzy matką a dzieckiem, nieprawidłowe ułożenie się płodu, wady wrodzone dziecka, zaburzenia adaptacyjne noworodka. Można wymienić szereg skutków niedotlenienia. Niektóre dzieci doznają nieznacznego porażenia układu nerwowego, inne porażenie mózgowego, padaczki bądź są upośledzone umysłowo. Stopień upośledzenia dziecka zależy od czasu jaki mózg był niedotleniony W niedotlenionym mózgu zachodzi szereg reakcji biochemicznych, które prowadzą do powstawania wolnych rodników tlenowych, niezwykle toksycznych związków, uszkadzających komórki nerwowe. Jedne z nich giną natychmiast, inne jeszcze po tygodniach. Niedotlenienie u dziecka rozpoznaje się na podstawie wywiadu klinicznego diagnostyki biochemicznej jak i obrazowej.. Rys.1 Chronologia procesów zachodzących po urazie niedotlenieniowym[5] 2
2. Sposoby ograniczenia uszkodzeń powstałych w wskutek niedotlenienia Dzisiejsza medycyna zna dwa sposoby minimalizacja uszkodzeń powstałych wskutek niedotlenienia: środki farmakologiczne wprowadzenia terapeutycznej hipotermii umiarkowanej 2.1 Środki farmakologiczne Cały czas trwają badania nad lekarstwami które za zadanie miałyby zmieszenie obszaru mózgu dotkniętego niedotlenieniem. Jedna z grup lekarstw wykazujących działanie jest receptor jonotropowy NMDA. Niestety wykazuje on szereg skutków ubocznych takich jak halucynacje czy katatonia dlatego zaleca się duża ostrożność w ich stosowaniu. Inną grupą leków o podobnym działaniu są receptory metabotropowe mglur. Antagonista dla nich jest kwas glutaminowy. Kolejna grupą są antyoksydanty nazywane zamiataczami wolnych rodników. Zmniejszają one uszkodzenia powodowane przez wolne rodniki tlenowe powstałe w wyniku niedotlenienia[5]. Rys.2 Receptory glutaminergiczne a) metabotropowe mglurn b) jonotropowy NMDA[5]. 3
2.2 Hipotermia umiarkowana Hipotermia to stan wychłodzenia organizmu w którym temperatura spada poniżej 35C. Odkryto, że obniżenie temperatury o 2-3 C znacznie zmniejsza uraz spowodowany niedokrwieniem. Dochodzi do zmieszenia metabolizmu komórek (zmniejszenie utraty rezerw metalicznych) oraz hamowania kaskady reakcji biochemicznych powstałych po niedotlenieniu. Wykazano również hamujące oddziaływanie na reakcje odpowiedzialne za powstanie procesu zapalnego. Możemy wyróżnić dwa rodzaje metod wprowadzających w stan hipotermii[5]: hipotermia ogólna czyli oziębianie całego ciała dziecka aż do osiągnięcia temperatury wewnątrz ciała w zakres 33-33 C. selektywne chłodzenie mózgu dziecka za pomocą specjalnego kapturka chłodzącego nakładanego na główkę. Proces ten odbywa się przez 72 godzin i musi się rozpocząć nie później niż w 6 godzinie po urodzeniu. W kapturku znajduje się czynnik chłodzący obniża temperaturę główki dziecka. Całość podłączona jest do panelu sterującego który kontroluje wszystkie parametry procesu. Rys.3 Ideowy schemat urządzenia do selektywnego chłodzenia mózgu noworodka[4]. 4
3. Warianty systemu chłodzenia mózgu noworodka Wyróżniamy trzy podstawowe warianty systemu chłodzenia mózgu noworotka: Bezpośredni system chłodzenia mózgu Pośredni system chłodzenia mózgu Hybrydowy system chłodzenia mózgu 3.1 Bezpośredni system chłodzenia mózgu Zakłada on użycie bezpośrednio stron zimnych modułów termoelektrycznych w celu schłodzenia główki noworodka. Urządzenia składa się z kapturka obłożonego termoelementami odbierającego strumień ciepła z główki dziecka. Od strony goręcej ciepło przekazywane jest w konwencjonalnej chłodnicy temperaturowej. Sterowanie odbywa się za pomocą komputera gdzie parametrem kontrolnym jest temperatura noworodka mierzona w odbycie. Pozostała część ciała dziecka podgrzewana jest za pomocą konwencjonalnego promiennika podczerwieni z wbudowaną funkcją kontroli ogrzewania. Główna wadą tego rozwiązania jest bezpośredni kontakt termoelementów z główka dziecka. Utrudniona jest również konserwacja i sterylizacja urządzenia[3]. Rys. 4 Schemat blokowy urządzenia do bezpośredniego chłodzenia mózgu[3] 3.2 Pośredni system chłodzenia mózgu Wykorzystuje działanie modułów termoelektrycznych w celu schłodzenia płynu pośredniczącego w wymianie ciepła, które następnie odbiera od środowiska chłodzącego. Założenia techniczne pozostają takie same jak w systemie bezpośrednim. Główna różnicą 5
rozdzielenie jednostki chłodzącej od miejsca wymiany ciepła. System bezpośredni składa się z czapki chłodniczej- wymiennika ciepła w którym krąży woda chłodzona do odpowiedniej temperatury w układzie chłodzącym działającym w oparciu o ogniwo Peltiera. Urządzenie sterowane jest za pomocą komputera gdzie najważniejszym parametrem jest temperatura ciała noworodka mierzona w odbycie. Również tutaj występuje promiennik podczerwieni ogrzwejący pozostała część ciała noworodka. Rozdzielenie części chłodzącej i miejsca odbioru ciepła pozwala na łatwy transport urządzenia. Znacznie ułatwiona jest także sterylizacja. Niestety rozwiązanie to posiada też wady. Dochodzi do różnicy temperatur miedzy wlotem a wylotem wymiennika.[3] Rys. 5 Schemat blokowy urządzenia do pośredniego chłodzenia mózgu[3] 3.3 Hybrydowy system chłodzenia mózgu System ten składa się z bloku chłodzenia obejmującego stałą, kulistą część z zatopionymi termoelementami których strony gorące mają kontakt z wodą chłodząca znajdująca się w płaszczu wodnym. Woda z płaszcza wodnego chłodzona jest jak w przypadku układu bezpośredniego przy pomocy konwencjonalnej chłodnicy wentylatorowej gdzie jest ona dostarczana dzięki pracy pompy. Strony zimne termoelementów pozostają w kontakcie z poduszką wodną, którą można demontować. Poduszka podłączona jest do pompy o zmiennej wydajności wymuszającej obieg wody w celu uzyskania określonych warunków wymiany 6
ciepła. Sterowanie odbywa się dzięki komputerowej jednostce sterującej kontrolującej wartość temperatury wewnątrz ciała. System ten pozwala na zmniejszenie bezwładności systemu w porównaniu do pośredniego układu wodnego, poprzez zmniejszenie ilości płynu pośredniczącego w wymianie ciepła. Można również wpłynąć na warunki wymiany ciepła po przez regulacje wydajności pompy wymuszającej obieg wody[3]. Rys. 6 Schemat blokowy hybrydowego urządzenia do chłodzenia mózgu[3] 7
Bibliografia: 1. http://www.edziecko.pl/pierwszy_rok/1,79399,7444282,niedotlenienie_podczas_poro du czy_mozna_mu_zapobiec_.html 2. Żmuda E, Nadera M, Model chłodzenia organizmu noworodka dla uzyskania stanu hipotermii łagodnej, Technika chłodnicza i klimatyzacja 10-11 2011, 3. Żmuda E, Selektywne chłodzenie mózgu dziecka po niedotlenieniu okołoporodowym, Techniki chłodnicze i klimatyzacja 6-7 2009 4. http://www.umed.lodz.pl/noworodki/noworodki_files/file/folder/chlodzenie_eg_wy klad.pdf 5. Żmuda E, Aspekt techniczny i użytkowy wybranych systemów chłodzenia mózgu noworotka dla utrzymania w warunkach umiarkowanej hipotermii, materiały seminaryjne 8