완전인공심장 원리 - wanjeon-ingongsimjang wonli

인공심장의 종류 및 원리

심장은 하나의 펌프로써 수년에서 수십년간 멈춰서는 안 된다. 그 때문에 인공심장은 내구성, 생체에서의 물리적 화학적 면역학적 적합성, 혈액과의 친화성 등의 조건을 완벽하게 만족해야만 한다. 더욱이 동력부, 구동장치, 제어장치를 고려한다면, 완전한 인공심장의 실용을 위해서는 기술적 소재의 발달이 필요하다.

인공심장은 크게 3가지로 나뉜다.

먼저 기능상 분류에서 첫 번째로 완전인공심장(Total Artificial Heart:TAH)이 있다. 자연심장의 좌우심방과 대동맥 및 폐동맥과 연결부위를 잘라낸 자리에 부착되어 자연심장의 기능을 완전히 대체하는 것을 기본원리로 두고 있는 이 장치는 정상적 기능을 완전히 상실한 자연심장을 대체하기위한 인공심장이다.
두 번째로 보조인공심장은(Ventricular Assist Device:VAD) 여기서 Lvad(좌심실보조장치)와 Rvad(우심실보조장치)으로 또 나뉜다.)부분적으로 손상된 자연 심장의 기능을 보조해 주기 위한 심실 보조장치이다. 이 장치의 기본원리는 심실의 벽에 구멍을 뚫어 관을 하나 연결되고, 대동맥에도 구멍을 뚫어 관을 연결시킨 후, 이 관들에 혈액펌프를 연결하여 심실의 혈액 발출작업을 보조해 주것이다. 이는 혈액의 박출시에 대동맥에 연결된 관에 부착된 판막이 열려 혈액을 공급해 주고 이완시에는 심실에 연결된 관에 부착되어 있는 판막이 열림으로 혈액이 유입되는 원리로 작동되고 있다.
마지막으로 IABP(Intra Aortic Baloon Pump)가 있는데, IABP는 대퇴동맥이나 말초동맥으로부터 풍선을 부착한 관을 좌쇄골하동맥 바로 아래까지 삽입하여, 풍선의 수축과 확장을 심장의 박동주기에 맞추어 구동장치를 동작시키게 한다. 이는 심장의 확장기에 풍선이 확장되고, 수축기 직전에 풍선이 급속히 수축되어 좌심실압을 저하시키는 역할을 맞는다. IABP의 심기능 보조 메커니즘은 심장의 일을 풍선의 수축과 확장에 의해 감소시키고 심장의 산소소비량을 감소시키며 관상동맥 혈류량을 증가시킨다.

인공심장은 구동방법에 따라 분류하기도 하는데, 그 첫 번째가 공기압축식이다. 다이아프램이라고 부르는 얇은 막을 압축공기로 밀어줌으로써 혈액을 공급해주는데, 여기서 압축공기는 구동시스템에 의하여 공급되며 공기 커넥터는 보조장치와 구동장치를 연결 시켜주는 역할을 하고 있다. 그러나 공기압축식 방법은 공기에 의하여 조절되기 때문에 구동장치가 크고 항상 몸밖에 나와 있어야 하므로 환자의 움직임이 제약을 받는다. 게다가 세균의 감염 등의 문제에도 고려해 봐야 한다. 공기압축식중에선 일본의 국립순환기병에서 연구, 개발하고 도요보라는 회사에서 상품화한것이 있는데, 혈액을 짜는 부분은 다이아프램 방식이며, 긴 관을 통하여 대동맥과 좌심실에 연결되어 좌심실의 기능을 보조해 주는 장치이다. 공기압축식 VAD의 구동장치 하단부에는 공기 압축식 펌프가 있고, 상단부에는 이 압축펌프를 제어하는 제어부 그리고 푸시버튼에 의하여 여러 가지 변수들을 설정할 수 있다.
두 번째로는 전기기계식인데, 전기적 에너지를 기계적 운동으로 바꾸어 주는 장치로 예를 들면 모터나 전자석등을 이용하여 혈액을 박출하는 시스템이 있다. 세계적으로 유명한 전기기계식 VAD로는 가장 발전된 노바코사의 시스템이 있다. 전자석을 이용하여 탄성을 지닌 강철판을 끌거나 밀면서 혈액을 박출하는 원리로 전자석에 감긴 코일에 전류를 흘려주면 전자석에 자력이 생기고 이 힘에 의해 2개의 철판이 벌어진다. 이 때 혈액이 판막을 통해 유입되며, 코일의 전류를 끊으면 탄성에 의해 철판이 다시 원위치로 복원되면서 혈액 주머니를 밀게되어 혈액을 박출하는 원리를 가지고 있다. 한편, DC모터를 사용해서 VAD시스템을 구성한 그룹도 많은데, 미국의 펜실베니아 주립대학, 일본의 북해도 대학팀들이 있다. 두 곳은 모두 고성능 모터인 브러시리스 DC모터를 사용 개발하고 있으며 동물실험까지만 하고 있는 단계이다.

연구개발된 인공심장으로는, 심실보조장치가 있다. 심실보조장치는 IABP로 회복할 수 없는, 중증의 환자에게 일시적으로 심실의 기능을 대신해주어 생명을 연장시키면서 다시 사회로 복귀하여 일상생활을 영위할 수 있도록 하는 장치를 의미한다. 보조인공심장은 펌프의 형태에 따라 튜브형, 색형, 다이아프램형으로 나뉘어진다.

그 외 액체가스에 의한 VAD와 근육의 힘에 의한 VAD, 심근에 이식 가능한 VAD가 있다.

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심실 보조 장치(Ventricular assist device)

설명

정의

심실 보조 장치는 환자의 심장 활동과 관계없이 혈액 순환을 우회하여 순환시킴으로써 심장의 회복을 도와주는 장치를 말합니다. 펌프 역할을 하는 기계에 연결된 관을 하나는 좌심실에 연결하고 나머지 하나는 대동맥에 연결하여 좌심실의 혈액 일부를 기계를 통해 대동맥으로 보냅니다. 이러한 방법으로 심방에서 심실로 들어가는 혈류를 심방 또는 심실에서 우회시켜 바로 대동맥 또는 폐동맥으로 들어가게 합니다. 이로써 심실의 부담을 덜어주고 우회하는 동안 심실이 휴식하여 회복할 수 있도록 합니다.

완전 인공심장은 자기 심장을 떼어내고 인공심장으로 바꾸는 방법으로 추후에 심장이식이 반드시 필요하지만, 심실 보조 장치를 이용하면 심부전이 심한 환자에게 사용했다가 어느 정도 증상의 호전이 있으면 장치를 제거할 수 있습니다. 허리에 배터리를 차고 다닐 수 있는 형태로 야외 활동도 가능하다는 장점이 있으나 심실 보조 장치 자체의 가격과 유지비가 비싸다는 단점이 있습니다.

준비사항

수술 전날 자정부터 금식합니다.
수술 전 X선 촬영, CT, MRI 검사 등을 이용하여 심장의 질환 상태를 확인합니다.

적응증

심장수술 후 인공심폐기의 이탈이 어려운 경우, 급성 심부전 환자에서 약물 치료에 반응이 없는 경우, 만성적인 말기 심부전 환자에서 심장 이식의 전 단계로 심실 보조 장치를 사용합니다.

검사/시술/수술 방법

우심실 보조 장치(Right ventricular assist device, RVAD)
우심실부전 환자에서 우심실의 기능을 보조하는 장치를 말하며, 우심방에서 혈액을 우회하여 폐동맥으로 순환시켜주는 장치입니다.

좌심실 보조 장치(Left ventricular assist device, LVAD)
좌심실부전 환자에서 좌심실의 기능을 보조하는 장치를 말하며, 좌심방 또는 좌심실에서 혈액을 우회하여 대동맥으로 순환시켜주는 장치입니다.

양심실 보조 장치(Biventricular assist device, BiVAD)
우심실 및 좌심실의 기능이 모두 저하되어 있는 경우, 우심실 보조 장치와 좌심실 보조 장치의 두 방법을 병행하여 사용하는 장치입니다.

예상 소요 시간은 4~5시간 정도로 추정되나, 수술 진행 상황에 따라 변경될 수 있습니다.

수술 과정에서 환자의 상태에 따라 부득이하게 시술 방법이 변경되거나 수술 범위가 추가될 수 있습니다.

경과합병증

심실보조장치를 이식한 환자 중 약 1/3은 이후 심장 이식을 받았으며, 약 1/5은 심장 이식 없이도 심부전이 회복되었다고 보고됩니다.

심실 보조 장치 치료가 실패하면 대부분의 환자는 사망에 이르며, 환자의 상태에 따라 심장 이식을 고려해 볼 수 있습니다.

수술 후 출혈, 심실 부전, 심실 부정맥 등의 심장 합병증, 감염, 뇌신경계 합병증, 다발성 장기 부전, 호흡부전, 기계적 이상에 의한 합병증 등이 발생할 수 있습니다.

헬스팁

인공심장은 크게 두 가지로 나뉘어집니다. 정상적인 심장 기능을 완전히 상실한 심장을 대체하기 위한 완전 인공심장(Total artifical heart)과 부분적으로 손상된 심장의 기능을 보조하는 심실 보조 장치(VAD)가 있습니다. 현재 세계적인 추세는 완전 인공심장보다는 심실 보조 장치에 더 무게를 두고 있는데, 인공심장의 경우 장치의 결함이나 오류로 기능이 정지할 경우 생명에 치명적인 영향을 미치기 때문입니다. 이에 반해 심실 보조 장치의 경우 심장을 체내에 둔 상태로 기능을 보조하는 역할을 하므로 장치의 결함에도 심장이 부분적인 혈액 박출을 할 수 있어 비교적 안전합니다. 기능적인 부분에서도 완전 인공심장과 거의 동일한 효과를 볼 수 있고 체내에 원래의 심장을 보존하고 있다는 점 등에 의해 심실 보조 장치를 더욱 선호합니다. 그러나 치료는 환자의 상태 및 수술 가능 여부에 따라 적합한 방법으로 진행이 필요합니다.