1.Historia i rozwój dostępu dializacyjnego -Krzysztof Bojakowski, Zbylut J. Twardowski
Rozwój technologiczny podobny jest do ewolucji gatunków. Nowe technologie wywodzą się z istniejących wcześniej, stopniowo ewoluują, a kolejne rozwiązania opracowywane są dla poprawy działania w zmieniających się zastosowaniach. Technologie niedostosowane są eliminowane. Dokładnie taki sam schemat rozwoju dotyczy dostępu naczyniowego do dializ - stopniowego udoskonalania i dostosowywania większymi lub mniejszymi krokami do specyficznych wymagań hemodializ. W tym rozdziale zostaną opisane wczesne dostępy naczyniowe do celów dializoterapii oraz ich ulepszenia prowadzące do nowoczesnych rozwiązań.
1.1. Wczesne dostępy do tętnic i żył
Pierwsze doświadczalne hemodializy u zwierząt wykonane były 100 lat temu przez Johna Jacoba Abela, Leonarda George'a Rowntree i Benjamina Bernarda Turnera z John Hopkins Hospital [1]. Krew pobierano przez szklaną rurkę z tętnicy szyjnej lub udowej i po przepuszczeniu przez dializator oddawano przez kolejną szklaną rurkę wprowadzaną do żyły udowej lub szyjnej wewnętrznej. Wprowadzana do światła tętnicy kaniula była specjalnie skonstruowana - wygięta, z dodatkową, dochodzącą z boku rurką zakończoną wąskim kanałem wtopionym w zagięcie. Boczna rurka umożliwiała wstrzykiwanie hirudyny do kaniuli tętniczej w bezpośredniej bliskości tętnicy, co miało zapobiegać powstawaniu skrzeplin w krążeniu pozaustrojowym. Kaniula wprowadzana do żyły również była zagięta, w przeciwieństwie do kaniuli tętniczej nie posiadała jednak bocznej dodatkowej rurki do infuzji. Każda kaniula była projektowana i wytwarzana indywidualnie dla konkretnego zwierzęcia i doświadczenia. Szklana kaniula była podłączana za pomocą gumowej rurki do aparatu dializacyjnego. Gumowe połączenia były bardzo krótkie, dla zminimalizowania ich kontaktu z krwią (ryc. 1.1).
Rycina 1.1 A-B.
Szklana kaniula opracowana przez Abela, Rowentree i Turnera, z widocznym zatopionym kanałem bocznym dla wstrzykiwania hirudyny, połączona z gumowymi łącznikami (A), połączona z dializatorem (B).
Źródło: [1], w modyfikacji; za zgodą wydawcy.
Georg Hass z Giessen w październiku 1924 roku wykonał w Niemczech pierwszą hemodializę u człowieka z powodu niewydolności nerek. Dializa trwała jedynie 15 minut. Krew pobierano przez szklaną kaniulę wprowadzoną przez lewą tętnicę promieniową do dializatora i oddawano przez inną szklaną kaniulę do żyły pośrodkowej łokcia. Jako antykoagulant stosowano hirudynę. Haas wykonał również hemodializy frakcjonowane. Za pomocą szklanej kaniuli pobierano 400-500 ml krwi z żyły pośrodkowej łokcia, dializowano pozaustrojowo przez mniej więcej 30 minut, następnie podawano choremu przez tę samą kaniulę [2].
Willem Johan Kolf i jego współpracownicy byli pierwszymi, którzy za pomocą hemodializ uratowali życie choremu z niewydolnością nerek. Stało się to po nieudanych próbach hemodializ podjętych u innych 15 chorych. Pierwsza chora tej grupy, 29-letnia kobieta z przewlekłą niewydolnością nerek, była leczona za pomocą hemodializ w marcu 1943 roku. W czasie 11 przeprowadzonych u niej sesji dializacyjnych krew pobierano za pomocą wenesekcji, następnie oddawano chorej przez nacięcia tętnicy: "Po 12. dializie, która okazała się porażką, tętnice uszkodzone..., a chora zmarła" [3].
We wczesnych latach 60. XX wieku Stanley Shaldon, Livio Chiandussi i Brenda Higgs w Londynie, w Wielkiej Brytanii dla wykonania dializ wprowadzili kaniule do naczyń udowych. W tym celu wykorzystali plastikowe rurki Odman-Ledin (KIFA z Solna, w Szwecji). Oba cewniki były usuwane jednocześnie po zakończeniu dializy, a krwawienie było zatrzymywane przez ręczny ucisk w pachwinie stosowany przez co najmniej 20 minut [4]. Cewniki wprowadzano z wykorzystaniem metody opracowanej przez Svena Ivara Seldingera, radiologa z Karolinska Sjukhuset, w Sztokholmie, w Szwecji [5]. Naczynia udowe mogły być nakłuwane wielokrotnie, a ich ściany po nakłuciach były lepiej zachowane w porównaniu z naczyniami mniejszej średnicy, uszkadzanymi przez cięcia chirurgiczne.
1.2. Cewniki wprowadzane do tętnic i żył, zewnętrzne przetoki tętniczo-żylne
Idea wytworzenia przetok tętniczo-żylnych po raz pierwszy została zaproponowana przez Nilsa Alwalla z Lund, w Szwecji. Wypróbował on taką metodę na królikach, a stosował ją, aby uniknąć powtarzania zabiegów chirurgicznych do badań nad krążeniem pozaustrojowym. Po wypreparowaniu tętnicy szyjnej i żyły szyjnej wewnętrznej wykonywał w nich otwory, przez które wprowadzał silikonowane szklane kaniule. Każda kaniula była przymocowana do gumowego cewnika wypełnionego roztworem heparyny i zabezpieczona w naczyniu podwiązkami. Nacięcia naczyń były następnie zaszywane, gumowa rurka na każdej kaniuli była zawiązywana, a drugi jej koniec był łączony w trakcie doświadczeń z kolejną szklaną kaniulą. Dla zabezpieczenia przed powstaniem skrzeplin co 4-6 godzin zwierzętom podawano heparynę [6].
Wczesne doświadczenia kliniczne, z pierwszymi 12 chorymi, leczonymi hemodializami zostały opublikowane w 1949 roku przez Nilsa Alwalla, Lambita Norviita i A.M. Steinsa. Jako dostęp naczyniowy wykorzystano kaniule wprowadzane przed zabiegiem do tętnicy promieniowej i żyły pośrodkowej łokcia. W przypadku gdy chory nie mógł być bezpośrednio podłączony do sztucznej nerki, dla uniknięcia powstawania skrzeplin, początkowo stosowano pełną ogólną heparynizację, a następnie zaczęto wypełniać kaniule i gumowe przedłużenia 1-5-procentowym roztworem heparyny. Alwall może być więc uznany za autora pierwszych prób wytworzenia połączenia tętniczo-żylnego dla powtarzanego wykorzystania tej samej tętnicy i żyły jako dostępu dializacyjnego. Te próby nie były skuteczne z powodu zakrzepicy występującej w szklanych kaniulach i gumowych rurkach. Wypełnienie kaniuli roztworem heparyny zwiększało skuteczność wielokrotnego wykorzystania tego samego dostępu naczyniowego do kolejnych dializ i redukowało ryzyko zakrzepicy [7]. Właśnie przy wykorzystaniu aparatów Alwalla i jego kaniul wykonano pierwsze w Polsce hemodializy, początkowo w Poznaniu (koniec 1958 roku), a następnie w Warszawie (styczeń 1959 roku).
Technika podobna do stosowanej przez zespół Alwalla była wykorzystywana w czasie wojny koreańskiej, a jej wyniki zostały opublikowane w 1960 roku przez Paula E. Teschana, Charlesa R. Baxtera, Thomasa F. O'Briena, Jacka N. Freyhofa i Williama H. Halla z Fort Sam Houston, w Teksasie, USA. Zwężane plastikowe kaniule były chirurgicznie wprowadzane do tętnicy, przeważnie promieniowej, i żyły, najczęściej pośrodkowej łokcia, zazwyczaj w dniu poprzedzającym dializę. W czasie niewykorzystywania kaniuli do dializy była ona zatykana krótkimi rurkami z Tygonu (nazwa handlowa poliwinylu) lub gwintowanymi kurkami wykonanymi z nylonu, przez które podawano co godzinę heparynizowany 0,9% NaCl. Przeciętnie kaniula tętnicza mogła być wykorzystywana przez 6,1, a żylna przez 4,3 dializy [8].
Idea przetoki tętniczo-żylnej wydawała się najlepszym sposobem przedłużenia czasu działania dostępu dializacyjnego. Uważano, że zastosowanie innych, lepszych materiałów (np. polietylenu) mogłoby rozwiązać niektóre problemy związane z obserwowaną zakrzepicą i uszkodzeniem ściany naczyń. Cewniki wytworzone z polietylenu wprowadzane do tętnicy i żyły były stosowane w Polsce we wczesnych latach 60. XX wieku. Taki rodzaj przetoki został zaprojektowany w 1959 roku przez Zbigniewa Fałda z Warszawskiej Akademii Medycznej i Juliusza Bogdana Deczkowskiego z Politechniki Warszawskiej (ryc. 1.2). Autor (J.T.Z.) tego rozdziału wykorzystywał takie cewniki do dializ, które między zabiegami były zamykane polietylenowym łącznikiem. Niestety polietylen drażnił błonę wewnętrzną, wywoływał zapalenie naczyń i ich zakrzepicę w ciągu tygodni [9].
Problem z zapaleniem i zakrzepicą naczyń wykorzystywanych do dializ został istotnie zmniejszony przez Wayne'a Quintona, Davida Dillarda i Beldinga H. Scribnera z Seattle, USA. We wstępie pracy z roku 1960, opisującej przetokę, autorzy ci powoływali się na artykuł Alwalla i współpracowników, wskazując, że niepowodzenie w utrzymaniu drożnej przetoki bez heparynizacji wynikało ze stosowania szkła i gumy. Quinton, Dillard i Scribner do wytworzenia kaniul i łączników użyli więc teflonu (politetrafluoroetylenu), gładkiego, nieprzywierającego plastiku, którego powierzchnia w porównaniu z innymi materiałami była znacznie mniej trombogenna. Kaniule podgrzewano i formowano do pożądanego kształtu i średnicy. U dwóch chorych z przewlekłą niewydolnością nerek tak wykonane przetoki działały przez 4-8 tygodni [10].
Rycina 1.2 A-B.
Cewniki polietylenowe wprowadzane do tętnicy i żyły do celów dializoterapii: (A) między dializami; (B) w czasie dializy po podłączeniu kaniul do aparatu dializacyjnego.
Źródło: z archiwów Zbigniewa Fałda i Janusza Ostrowskiego.
Dwa lata później, w 1962 roku, ta sama grupa przedstawiła wyniki udoskonalonych przetok dializacyjnych. Według autorów kaniule wytworzone z teflonu i siliastiku (nazwa handlowa polimeru silikonu, mającego właściwości gumy, ale biologicznie obojętnego, wykorzystywanego do wytworzenia protez chirurgicznych) z uwagi na swoją giętkość znacząco przewyższały te wytworzone wyłączenie z teflonu. Takie kaniule łatwiej można było wprowadzić do światła naczynia, dostosować do różnych wariantów anatomicznych, poza tym były to cewniki mniej traumatyczne i zapewniały lepszy przepływ krwi. Dodatkowo autorzy stwierdzali, że udało im się poprawić wykończenie powierzchni wytłaczanej gumy silikonowej do tego stopnia, że wyeliminowali przyczynę powstawania skrzeplin.
Kaniule silikonowo-teflonowe od razu zostały powszechnie zaakceptowane do wytwarzania przetok i zapewniały długotrwały dostęp naczyniowy w czasie ostrych i przewlekłych dializ. Autor tego rozdziału wykorzystywał takie przetoki w latach 1965-1968, uzyskując ponad roczną drożność u niektórych chorych [11]. U części osób takie przetoki działały niespodziewanie dobrze. Znany jest przykład Jamesa R. Alberta, fizyka z University of Washington, piątego pacjenta Scribnera, u którego rozpoczęto dializoterapię latem 1961 roku przy wykorzystaniu przetok silikonowo-teflonowych Quintona. Przeżył on następnie 35 lat dializoterapii, z tego 30 lat wyłącznie przy wykorzystaniu takich dostępów dializacyjnych.
1.3. Przetoki tętniczo-żylne
Proste nakłucie żyły dla powtarzalnych dializ zostało wprowadzone do praktyki klinicznej w 1962 roku przez Jamesa E. Cimina i Michaela Brescia z techniczną pomocą Reubena Abody'ego z Medical Service, Bronx Veterans Administration Hospital, w Nowym Jorku, USA. Metodę wypróbowano w czasie 16 sesji hemodializ u 34-letniej chorej ze schyłkową niewydolnością nerek. W czasie zabiegów uzyskano przepływ krwi w granicach 150-410 ml/min, okresowo nawet do 500 ml/min. Metodę doceniono jako prostą oraz wygodną zarówno dla chorego, jak i lekarza. Była ona odpowiednia do stosowania u chorych z dobrze rozwiniętymi żyłami powierzchownymi i przewodnionych. Ultrafiltracja w czasie dializy powodowała tendencję żył do zapadania się, utrudniała, a nawet uniemożliwiała zachowanie odpowiedniego przepływu krwi. Skłoniło to autorów do modyfikacji metody, która miała na celu utrzymanie stałego, dużego przepływu krwi w nakłuwanej żyle.
We współpracy z Kennethem Appelem z oddziału chirurgii dla zwiększenia przepływu krwi w nakłuwanej żyle zdecydowano o wytworzeniu przetoki tętniczo-żylnej. Autorzy obawiali się wystąpienia dobrze znanych powikłań kardiologicznych pourazowych przetok tętniczo-żylnych. Z tego powodu oryginalne zespolenie tętniczo-żylne było małe, a "chory był przygotowywany przed zabiegiem tak dokładnie, że usunięto zbyt dużo płynu, powodując obniżenie ciśnienia, które okazało się za niskie dla zachowania przepływu krwi w przetoce". Pierwsze próby wytworzenia przetoki dializacyjnej przez zespolenie tętniczo-żylne zakończyły się więc niepowodzeniem.
Ostatecznie skutecznie wytworzono 3-5-milimetrowe zespolenie między bokiem tętnicy promieniowej a bokiem towarzyszącej żyły. Niedługo po wytworzeniu pierwszej przetoki tętniczo-żylnej autorzy ustalili, że wpływ małej przetoki tętniczo-żylnej na krążenie był niezbyt duży, jako że "czasowe zamknięcie przetoki tętniczo-żylnej nie spowalniało tętna". Po przezskórnym nakłuciu przetoki tętniczo-żylnej grubościenną igłą 14G dostarczała ona 250-300 ml krwi w ciągu minuty. Bliższa igła - odpływ - była skierowana dosercowo (antegrade), dalsza igła - napływ - mogła być "skierowana obwodowo, w kierunku dłoni, jeśli jest taka potrzeba" (retrograde) [12].
Pierwsze wyniki wykorzystywania takich przetok tętniczo-żylnych były bardzo dobre, z jednoroczną drożnością przekraczającą 90%, a 5-letnią większą niż 86%. Uzyskane w następnych latach wyniki okazały się jednak mniej imponujące, ponieważ chorzy kwalifikowani do hemodializ mieli tętnice i żyły gorszej jakości, co uniemożliwiało tworzenie dobrych przetok na przedramieniu. Dalsze lata przyniosły różne modyfikacje wytwarzania przetok z naczyń własnych chorego. W 1967 roku M. Sperling z Wurzburga, w Niemczech, ze współpracownikami opisał wytworzenie przetoki dializacyjnej poprzez zespolenie końców tętnicy promieniowej i żyły odpromieniowej za pomocą staplera. Lars-Erik Rohl w 1968 roku przedstawił wyniki przetoki wytworzonej przez połączenie końca żyły odpromieniowej do boku tętnicy promieniowej. Kolejnym etapem, w latach 70. XX wieku, było opracowanie przetok wytwarzanych z naczyń własnych chorego na ramieniu. W 1970 roku Cascardo i współpracownicy opisali zespolenie żyły odpromieniowej i tętnicy ramiennej w okolicy dołu łokciowego. W 1976 roku F. Dagher z zespołem opisali technikę wytworzenia przetoki z przemieszczonej w kanale podskórnym żyły odłokciowej zespalanej do boku tętnicy ramiennej, z kolei w 1977 roku Kenneth C. Gracz i współpracownicy wykonali przetokę przez zespolenie żyły przeszywającej łokcia i tętnicy ramiennej.
Mimo opracowania nowych rodzajów przetok u rosnącego odsetka chorych stwierdzano brak możliwości wytworzenia przetoki dializacyjnej przez bezpośrednie połączenie żyły z tętnicą. U takich osób wykonywano pomosty z wykorzystaniem udowego odcinka żyły odpiszczelowej zespolonego do boku tętnicy i żyły ramiennej (Gilberto Flores Izquierdo z Mexico City, Meksyk, i James May z Sydney, Australia) i tętnicy udowej powierzchownej (W.D. Brittinger z Mannheim, Niemcy).
Wobec braku naczyń własnych chorego umożliwiających wytworzenie przetoki dializacyjnej zaczęto też stosować różne materiały biologiczne i sztuczne. Opisano zastosowanie modyfikowanej tętnicy pobieranej z wołu (Artegraft; Joel L. Chinitz z New Jersey, USA, 1970) i modyfikowanych żył pępowinowych (B.D. Mindich, H. Dardik z Nowego Jorku, USA). Stosowano również protezy wytwarzane z materiałów sztucznych - silikonowego mandrylu Sparksa, welurowej protezy tertraftalanu polietylenu (dakron; Irving Dunn z Nowego Jorku, USA), protezy z politerafluoroetylenu (PTFE; L.D. Baker Jr, z Phoenix, USA, 1976). Ostatnia z wymienionych protez stała się materiałem sztucznym najczęściej stosowanym do wytworzenia przetoki dializacyjnej, w pewnym momencie wykorzystywanym nawet częściej niż naczynia własne chorego [13].
1.4. Kaniulacje dużych żył jako dostęp naczyniowy
1.4.1. Żyła główna dolna
Gordon Murray, Edmund Delorme i Newell Thomas z Toronto w Kanadzie pracujący nad dializami w drugiej połowie lat 40. XX wieku, odnosząc się do problemu dostępu naczyniowego, twierdzili, że tętnicę jako dostęp można wykorzystać jedynie raz, a w razie konieczności do następnych prób należałoby używać innych naczyń. Z tego powodu zdecydowali się "opracować metodę, w której krew będzie pobierana z układu żylnego i oddawana w innym jego miejscu". W badaniach doświadczalnych krew pobierano za pomocą cewników wprowadzanych przez żyłę udową lub szyjną wewnętrzną do, odpowiednio, żyły głównej dolnej lub prawego przedsionka serca, a oddawano do przeciwstronnej żyły. Gordon Murray i jego koledzy z Toronto w Kanadzie byli pierwszymi, którzy w 1947 roku dokonali kaniulacji żyły głównej dolnej u człowieka do celów dializoterapii poprzez dostęp przezskórny [14].
Achille M. Dogliotti z Universita di Torino wraz z Mario Battezzattim i Carlo Taddeim z Univerista di Parma opisali w 1957 roku wykorzystanie jako dostęp naczyniowy dwukanałowego, rozłożonego cewnika wprowadzonego do żyły głównej dolnej przez żyłę udową. Był to pierwszy dwukanałowy cewnik wykorzystywany do celów dializoterapii [15].
Dwa lata później, w roku 1959, Henry McIntosh, Norman Berry, Howard K. Thompson i Ernest Peschel z Duke Medical Center w Północnej Karolinie zaprezentowali wyniki stosowania innego dwukanałowego cewnika zbudowanego z nietoksycznego winylu. W ich cewniku odległość między otworami do pobierania i oddawania krwi wynosiła 19 cm. Tak duża odległość minimalizowała ryzyko recyrkulacji krwi. Cewnik był zaprojektowany w ten sposób, by liczne otwory wykorzystywane do pobierania krwi nie przysysały się do ściany żyły. Autorzy nie opisali techniki wszczepienia cewnika, jedynie wspomnieli, że "podobne cewniki wykorzystywane są w kardiochirurgii, [...] tak więc technika [...] jest znana chirurgom" [16].
Od początku lat 60. XX wieku w ciągu kilku lat Shaldon ze współpracownikami rozwijali technikę kaniulacji tętnicy i żyły udowej do celów dializoterapii, początkowo wykorzystując sztywne cewniki. Od 1963 do 1964 roku do kaniulacji żył udowych z wykorzystaniem metody Seldingera stosowali politetrafluoroetylenowe cewniki z przedłużeniami z silikonowanej gumy. Dwa cewniki wprowadzane były do tej samej żyły, a ich przedłużenia łączono przez złączniki Luera z jednostkami perfuzyjnymi, przez które miejscowo podawano roztwór heparyny. Ta technika była wykorzystywana u czterech chorych z przewlekłą niewydolnością nerek, ale została zarzucona w 1964 roku po zgonie jednego z nich spowodowanym zatorem tętnicy płucnej [17].
1.4.2. Żyła główna górna i prawy przedsionek
Przezskórne cewnikowanie żyły podobojczykowej zostało wprowadzone przez Roberta Aubaniaca z Algieru w Algierii w 1952 roku, zyskało popularność z uwagi na łatwość wprowadzenia cewnika do pomiarów ośrodkowego ciśnienia żylnego [18]. Chociaż cewnikowanie żyły szyjnej wewnętrznej było praktykowane przez pediatrów wcześniej, cewnikowanie jej do pomiarów ośrodkowego ciśnienia żylnego i podawania płynów u dorosłych zostało wprowadzone dopiero na przełomie lat 50. i 60. XX wieku. Dostęp przedni do cewnikowania żyły szyjnej wewnętrznej został opisany przez Jamesa J. Ramsa, George'a R. Daicoffa i Petera V. Mouldera z Chicago oraz Bernardo Hermosura, Laimons Vaga i Morrisa Dickeya z Ohio, USA, w 1966 roku [19]. Metoda ta musiała być jednak wykorzystywana wcześniej u dorosłych, skoro w swojej pracy powoływali się oni na prace Hughesa, Magoverna i Hallina.
Cewnikowanie żyły podobojczykowej do celów dializoterapii było po raz pierwszy opisane w 1969 roku przez Josefa Erbena, Jiriego Kvasnicka, Jana Bastecky'ego i Vladimira Vortela z Hradec Kralove, w Czechosłowacji. Wprowadzali oni dwa jednokanałowe cewniki najczęściej właśnie do żył podobojczykowych i utrzymywali je tam do miesiąca. Wszystkie cewniki wprowadzane do żyły podobojczykowej wszczepiano z dostępu podobojczykowego z wykorzystaniem metody Seldingera. Autorzy wspominali o wykorzystywaniu wcześniej dostępu nadobojczykowego, ale nie stosowali tego dostępu u chorych opisywanych w tej pracy [20].
Ann De Cubber i współpracownicy [21] oraz grupa Roberta Uldalla [22] opisali zastosowanie jednokanałowych cewników wprowadzonych do żył podobojczykowych wykorzystywanych do wielokrotnych dializ i pozostawionych w naczyniach na długi czas. Obie grupy wykorzystywały do wszczepienia cewnika metodę Seldingera i stosowały jednoigłową dializę. De Cubber i współpracownicy wykorzystywali cewnik z poliuretanu (BD Intracath, BD, New Jersey, USA), natomiast Uldall i współpracownicy - z politetrafluoroetylenu (Vas-Cath of Canada Ltd. z Toronto, Kanada).
Jednokanałowy cewnik wykonany z silikonowanej gumy, z końcówką wewnętrzną ukształtowaną w kształcie paszczy ryby, został zaprojektowany przez Bionic Company (Friedrichsdorf, Niemcy Zachodnie), a wyniki jego wykorzystania przedstawili H.G. Demers i współpracownicy. Cewnik posiadał pojedynczy mankiet z poliestru jako barierę dla penetracji bakterii wzdłuż cewnika, nie miał jednak zlokalizowanych na końcu bocznych otworów, co służyło zapobieganiu przysysania się do ściany żyły i wypłukiwania antykoagulantu. W większości przypadków cewnik był wprowadzany przez żyłę szyjną wewnętrzną, a mankiet poliestrowy umieszczano nad obojczykiem [23].
W latach 70. XX wieku stopniowo udoskonalano nowe rodzaje cewników dożylnych stosowanych do żywienia pozajelitowego i przeszczepów szpiku. Jack W. Broviac, James J. Cole i Belding H. Scribner wprowadzili wówczas do stosowania klinicznego pierwsze cewniki zbudowane w całości z silikonowanej gumy, posiadające mankiet i zaprojektowane do długoterminowego żywienia pozajelitowego [24]. Wąski odcinek wewnątrzżylny wprowadzany był poprzez nakłucie żyły z niewielkiego nacięcia skóry z wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanej rozdzielanej igły. Końcówka cewnika była wprowadzana do światła przedsionka, a grubszy pozanaczyniowy odcinek z dakronowym mankietem przeprowadzano w długim kanale podskórnym. Przeciętny czas działania tego cewnika wynosił 3,9 miesiąca. Idea wykorzystania mankietu zmniejszającego ryzyko zakażenia cewnika wynikała prawdopodobnie z wcześniejszego doświadczenia autorów z wykorzystywaniem cewnika Tenckhoffa do dializ otrzewnowych opracowanym w tym ośrodku w 1968 roku. Pozytywne doświadczenia z długotrwałego wykorzystywania cewnika Broviaca do dożylnych infuzji prowadziło do modyfikacji tego sprzętu dla wykorzystywania w innych wskazaniach. Robert O. Hickman, C. Dean Buckner, Reginal A. Clift, Jean E. Sanders, Patricia Steward i E. Donnall Thomas z University of Washington zmodyfikowali cewnik dla biorców przeszczepu szpiku. Był on grubszy - miał wewnętrzną średnicę 0,32 mm zamiast 0,22 mm oraz dwa mankiety zamiast jednego. Większa średnica umożliwiała pobieranie i oddawanie krwi do plazmaferezy i przetaczanie produktów krwiopochodnych [25].
Następnym krokiem w rozwoju lepszego cewnika naczyniowego umożliwiającego pobieranie i oddawanie krwi było złączenie cewników Broviaca i Hickmana dla stworzenia cewnika dwukanałowego. Cewnik ten składał się więc z jednego kanału o średnicy wewnętrznej 1,6 mm (Hickman) i drugiego o średnicy wewnętrznej 1,0 mm (Broviac), co dawało w sumie średnicę zewnętrzną 6,4 mm. Cewnik zazwyczaj wprowadzano przez żyłę szyjną wewnętrzną, a końcówkę wewnętrzną umieszczano w prawym przedsionku. Szerszy kanał wykorzystywano do pobierania krwi oraz podawania produktów krwiopochodnych, antybiotyków, natomiast węższy kanał był używany do przetaczania żywienia pozajelitowego. Szerszy kanał cewnika o średnicy 1,6 mm umożliwiał przepływ krwi w ilości 50-60 ml/min [26], co wykorzystywano do skutecznego wykonania jednoigłowej dializy u niemowląt i małych dzieci w pierwszej połowie lat 80. XX wieku. Do wykonania efektywnej dializy u dorosłych cewniki podobne do Hickmana były nieodpowiednie, nie zapewniały bowiem odpowiedniego przepływu krwi.
Dalsza ewolucja cewników nastąpiła we wczesnych latach 80. XX wieku. Dla osiągnięcia wystarczającego przepływu krwi, a jednocześnie skrócenia czasu koniecznego do cewnikowania naczynia, wprowadzono cewniki dwukanałowe specjalnie projektowane do celów dializy. Pierwszy dwukanałowy cewnik opracowany przez Vas-Cath of Canada, był stosowany przez Roberta Uldalla i jego współpracowników w Toronto [27]. Cewnik zbudowano ze sztywnego teflonowego kanału tętniczego długości 17 cm, z sześcioma otworami spiralnie rozmieszczonymi przy końcu cewnika, i 19 cm współosiowej, jednorazowej, wewnętrznej kaniuli żylnej wymienianej na nową po każdej dializie. Przy wykorzystaniu tego cewnika osiągnięto średni przepływ krwi 227 ml/min.
Drugi dwukanałowy cewnik - Quinton-Mahurkar zbudowany z poliuretanu, został opracowany w Quinton Instruments Company, z Seattle, USA. Cewnik ten miał biegnącą pośrodku przegrodę, dzielącą go na dwa D-kształtne kanały. Kanał tętniczy miał sześć otworów, natomiast pobieranie krwi do kanału żylnego odbywało się przez końcówkę cewnika i dwa otwory zlokalizowane w bliższej jego części [28]. Przy wykorzystaniu kanałów żylnego i tętniczego zgodnie z projektem średnie ciśnienie oporu przy przepływie w kanale żylnym wielkości 250 ml/min wynosiło 128 mm Hg, a średnia recyrkulacja 8%. Oba cewniki były stopniowo ulepszane i modyfikowane; ewoluowały w kierunku dwukanałowych cewników z silikonowanej gumy lub poliuretanu, z pojedynczym mankietem, które wykorzystywane są również obecnie.
W czasie gdy kilka grup konstruowało cewniki dwukanałowe, inni starali się udoskonalić cewniki jednokanałowe. Bernard Canaud, Jean-Jaques Beraud, H. Joyeux i Charles Mion z Montpellier we Francji zmienili materiał wykorzystywany do wytworzenia cewnika z poliuretanu na silikonowaną gumę. Cewnik miał średnicę wewnętrzną 2,0 mm i zewnętrzną 3,2 mm oraz sześć otworów bocznych na odcinku końcowym 5 cm. Wprowadzany był zazwyczaj przez żyłę szyjną. Kanał podskórny wykonywano wstecznie - od miejsca nakłucia żyły na szyi do otworu zewnętrznego. Po przeprowadzeniu w kanale podskórnym kaniulę łączono ze specjalnymi adapterami i przedłużkami. Istotną zaletą cewników jednokanałowych była mniejsza średnica zewnętrzna, dodatkowo wsteczne przeprowadzenie cewnika wymagało wykonania węższego kanału w tkance podskórnej, co ułatwiało ponowne cewnikowania i miało zmniejszać ryzyko zakażenia. Cewniki Canauda nie posiadały jednak mankietu zewnętrznego i właśnie zakażenia były najczęstszymi powikłaniami w ich przypadku [29].
Franco Tesio i współpracownicy z Prodenone we Włoszech wykorzystywali cewniki podobne do opracowanych przez Canauda. Ich cewniki (wytwarzane przez Medcomp, Harleysville, USA) posiadały jednak dodatkową część o kształcie oliwki służącą do lepszego umocowania ich w kanale. Późniejsze modele cewników Tesio posiadały mały, 2-milimentrowy mankiet na tej oliwkowatej części. Odsetek zakażeń cewników opisanych przez Tesio i współpracowników był niższy niż tych grupy Canauda. Cewniki Tesio miały wiele otworów bocznych zlokalizowanych na końcu [30].
Ash Split CathTM (Medcomp, Harleysville, Pennsylvania, USA) to cewnik hybrydowy - łączący cechy cewników jedno- i dwukanałowych; został opracowany przez Stephena R. Asha i współpracowników z West Lafayette, USA. Część znajdująca się wewnątrz żyły złożona była z dwóch oddzielnych kaniul, o przekroju litery D, z cylindrycznymi końcówkami zawierającymi wiele bocznych otworów. Część cewnika położona w kanale podskórnym miała średnicę 14,5 Fr (1 French = 1/3 mm), ze złączonymi kanałami w formie podwójnego D, i posiadała poliestrowy mankiet. W części zewnętrznej cewnik poprzez złącza wydłużony był przezroczystymi końcówkami przymocowanymi do zakończeń typu Luer. Część pozanaczyniowa cewnika Asha była podobna jak w cewnikach dwukanałowych, natomiast odcinek znajdujący się wewnątrz żyły - jak w dwóch cewnikach jednokanałowych. Cewnik zakładany był przez pojedyncze nakłucie żyły [31].
1.5. Cewniki projektowane w celu zmniejszenia powikłań
Od czasu wprowadzenia cewników dializacyjnych opracowywane są różne ich modyfikacje mające na celu wyeliminowanie lub zmniejszenie ryzyka rozmaitych powikłań. Ponieważ uznaje się, że zakrzepica żyły po wszczepieniu cewnika wywołana jest przede wszystkim przez uszkodzenie śródbłonka, dla zmniejszenia uszkodzenia błony wewnętrznej przez ciśnienie lub zasysanie ściany zaprojektowano wiele końcówek cewnika. Już w 1959 roku McIntosh i współpracownicy udokumentowali, że napływ do cewnika powinien być zlokalizowany z dala od ściany żyły. Innym pomysłem, zaproponowanym przez Zbyluta J. Twardowskiego, Johna C. Van Stona i W. Kirta Nicholsa z University of Missouri, było wygięcie końcówki cewnika dwukanałowego w formie świńskiego ogona. Miało to na celu utrzymywanie otworów do pobierania krwi z dala od ściany żyły i zapobieganie zasysaniu błony wewnętrznej [32]. Mimo opatentowania takiego rozwiązania, z uwagi na problemy z przeprowadzaniem w kanale podskórnym nie zostało ono wprowadzone na dużą skalę. Podobne dążenie doprowadziło do opracowania samocentrującego się cewnika CentrosTM z zagiętymi końcówkami wewnątrznaczyniowymi odsuwającymi otwory boczne cewnika od ściany żyły [33].
Kolejnym problemem mogącym prowadzić do istotnego zaburzenia działania cewnika dializacyjnego jest tworzenie skrzeplin w jego bocznych i końcowych otworach. Otwory wywiercane w cewniku mają szorstkie brzegi predysponujące do tworzenia zakrzepów. Obecność skrzeplin uniemożliwiających pobieranie krwi przez kanał tętniczy wymusza próbę odwrócenia - pobieranie krwi przez kanał zdefiniowany jako żylny, a oddawanie kanałem tętniczym. W części przypadków takie postępowanie jest skuteczne i umożliwia kontynuację dializoterapii przy wykorzystaniu tego samego cewnika. W latach 90. XX wieku postawiono hipotezę, że cewniki z przegrodą między kanałami równej długości powinny zapewniać umiarkowaną recyrkulację w obu ustawieniach przepływów krwi - zaprojektowanym i odwróconym, i niewielkie ryzyko powstawania skrzeplin na końcówce cewnika. Covidien Company, która nabyła prawa do tego patentu od University of Missouri, wraz Michaelem Talem z Yale University School of Medicine, USA, rozwinęli ten pomysł i opracowali cewnik Tal-Palindrome zapewniający minimalną recyrkulację przy stosowaniu przepływów w obu kierunkach (stąd nazwa palindrome) [34].
Kolejną modyfikacją, stosowaną niemal we wszystkie cewnikach dializacyjnych, jest wykorzystywanie materiałów cieniujących w promieniowaniu rentgenowskim, co pozwala na lepszą kontrolę położenia cewnika.
1.6. Obiecujące projekty, które trafiły do muzeum techniki
Hemasite, opracowane przez Renal System Inc. z Minneapolis, USA, składało się z pokrytego węglem tytanowego korpusu w kształcie litery T z kanałem przepływowym wytworzonym z węgla pirolitycznego. Kanał był złączony do protezy z PTFE zespolonej do tętnicy i żyły. Urządzenie było pokryte welurem z dakronu w celu zabezpieczenia penetracji bakterii wzdłuż części przezskórnej, która zawierała samouszczelniającą się silikonową przegrodę nakłuwaną dwiema igłami dla pobrania i oddawania krwi do celów dializ. Przegroda była utrzymywana przez specjalnie zaprojektowane płytkę naciskową i pierścień ustalający. Pierwsze wyniki były obiecujące, a brak nakłuwania skóry stanowił w ocenie chorych bardzo dużą zaletę tego urządzenia. Było ono używane w wielu krajach u chorych z problematycznym dostępem naczyniowym, funkcjonalność po roku używania wstępnie oceniono na 55%. Ostatecznie jednak wyniki nie okazały się tak korzystne jak oceniane pierwotnie; szczególnie często występowały zakażenie i zakrzepica, co doprowadziło do wycofania w latach 90. XX wieku urządzenia z użycia [35].
Dwa "hybrydowe" urządzenia, które miały połączyć zalety urządzeń przezskórnych i podskórnych, zostały opracowane w późnych latach 90. XX wieku. DialockTM wytwarzany przez Biolink Corporation z USA zawierał zastawkę podobną do portów do chemioterapii, wszczepianą podskórnie w dole podobojczykowym, która była połączona z dwoma jednokanałowymi cewnikami wprowadzanymi do prawego przedsionka. W celu wykonania dializy port był nakłuwany dwiema igłami - jedną dla pobierania krwi, drugą do oddawania. Po zakończeniu dializy i usunięciu igieł całe urządzenie było pod skórą. Inne urządzenie, LifeSite, wytwarzane przez VascA z Topsfield, USA, składało się z podskórnego portu zbudowanego ze stopu tytanu połączonego do cewnika wprowadzonego przez nakłucie żyły szyjnej wewnętrznej lub podobojczykowej do prawego przedsionka. Port wszczepiano bezpośrednio poniżej obojczyka i mógł być nakłuwany standardowymi igłami dializacyjnymi [36]. Niestety, wbrew oczekiwaniom te dwa hybrydowe dostępy dializacyjne nie eliminowały wad urządzeń podskórnych i przezskórnych, związanych głównie z zakażeniami, i zostały wycofane z użytkowania.
1.7. Uwagi końcowe
Podobnie do wielu innych przykładów ewolucji technologicznej, pierwsze dostępy naczyniowe do dializ wykorzystywały urządzenia wcześniej stosowane w medycynie w innych wskazaniach. Z czasem rozpoczęto opracowywanie wyrobów specjalnie zaprojektowanych do celów hemodializ, stopniowo je ulepszając.
Oczywiście niektóre rozwiązania prowadziły donikąd i zostały poniechane.
Największym przełomem była powstała w połowie lat 60. XX wieku idea Cimina wykorzystania przetoki wytworzonej przez zespolenie tętniczo-żylne. Niestety taka przetoka nie może być wytworzona u każdego chorego, z tego powodu opracowano różne rodzaje dostępów dializacyjnych. Obecnie standardowo stosuje się również przetoki dializacyjne z użyciem innych żył własnych chorego.
Przetoki wykorzystujące protezy z materiału sztucznego są wytwarzane u chorych z żyłami złej jakości, uniemożliwiającymi wytworzenie przetoki z naczyń własnych. Cewniki wszczepiane są u pacjentów, u których z różnych powodów nie można wytworzyć przetoki dializacyjnej lub nie działa ona wystarczająco dobrze i długo. Podejmowanych jest wiele działań zmniejszających ryzyko powikłań dostępów dializacyjnych - zakażenia kanału, bakteriemii, zakrzepic. Nie wszystkie działania są skuteczne, jednak część prowadzi do stałego rozwoju dostępów dializacyjnych.
Piśmiennictwo
1. Abel J.J., Rowntree L.G., Turner B.B.: On the removal of diffusible substances from the circulating blood of living animals by dialysis. J. Pharmacal. Exper. Ther. Bait 1914, 5(3): 275-316.
2. Haas G.: Versuche der Blutauswaschung am Lebenden mit Hilfe der Dialyse [Attempts of blood washing in vivo with the help of dialysis]. Klin. Wochenschr. 1925, 4(1): 13-14.
3. Kolff W.J., Berk H.T., ter Welle M. i wsp.: The artificial kidney: A dialyzer with a great area. Acta Med. Scand. 1944, 67(2): 121-134.
4. Shaldon S., Chiandussi L., Briggs B.: Haemodialysis by percutaneous catheterization of the femoral artery and vein with regional heparinization. Lancet 1961, 2: 857-859.
5. Seldinger S.I.: Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography; a new technique. Acta Radial. 1953, 39(5): 368-376.
6. Alwall N., Bergsten B.W.B., Gedda P.O. i wsp.: On the artificial kidney IV. The technique in animal experiments. Acta Med. Scand. 1949, 82(4): 392-411.
7. Alwall N., Norviit L., Steins A.M.: On the artificial kidney VII: Clinical experiences of dialytic treatment of uraemia. Acta Med. Scand. 1949, 82(6): 587-602.
8. Teschan P.E., Baxter C.R., O'Brien T.F. i wsp.: Prophylactic hemodialysis in the treatment of acute renal failure. Ann. Intern. Med. 1960, 53: 992-1016. Reprint w: J. Am. Soc. Nephrol. 1998, 9(12): 2384-2397.
9. Falda Z.: Historia powstania i rozwoju Ośrodka Dializ w I Klinice Chorób Wewnętrznych Akademii Medycznej w Warszawie [History of the establishment of the Dialysis Department of the 1st Clinic of Internal Medicine of the Medical Academy in Warsaw]. Nephrol. Dial. Pol. 2009, 13: 26-51.
10. Quinton W., Dillard D., Scribner B.H.: Cannulation of blood vessels for prolonged hemodialysis. Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs 1960, 6: 104-113.
11. Twardowski Z., Orawski L., Hakuba A. i wsp.: Observations on repeated extracorporeal dialysis in patients with terminal renal insufficiency. Acta Med. Pol. 1969, 10(1): 31-54.
12. Brescia M.J., Cimino J.E., Appel K., Hurwich B.J.: Chronic hemodialysis using venipuncture and a surgically created arteriovenous fistula. New Eng. J. Med. 1966, 275(20): 1089-1092. Reprint w: J. Am. Soc. Nephrol. 1999, 10(1): 193-199.
13. Murea M., Geary R.L., Davis R.P., Moossavi S.: Vascular access for hemodialysis: A perpetual challenge. Semin. Dial. 2019, 32(6): 527-534.
14. Murray G., Delorme E., Thomas N.: Development of an artificial kidney: Experimental and clinical experiences. Arch. Surg. 1974, 55(5): 505-522.
15. Dogliotti A.M., Battezzatti M., Taddei C.: II rene artificiale. Descrizione di un nuovo apparecchio per emodialisi extracorporea [The artificial kidney; description of a new apparatus for extracorporeal hemodialysis]. Minerva Nefrol. 1957, 4(2): 29-37.
16. Mcintosh H.D., Berry J.N., Thompson H.K. Jr, Peschel E.: Double lumen catheter for use with artificial kidney. JAMA 1959, 169(8): 835-836.
17. Shaldon S., Silva H., Rosen S.M.: Technique of refrigerated coil preservation with femoral vein catheterization. Br. Med. J. 1964, 2(5406): 407-410.
18. Aubaniac R.: L'injection intraveineuse sous-claviculaire; avantages et technique [The subclavian vein puncture - advantages and technique]. Presse Med. 1952, 60(68): 1456-1456.
19. Rams J.J., Daicoff G.R., Moulder P.V.: A simple method for central venous pressure measurements. Arch. Surg. 1966, 92(6): 886-886.
20. Erben J., Kvasnicka J., Bastecky J., Vortel V.: Experience with routine use of subclavian vein cannulation in haemodialysis. Proc. Eur. Dial. Transpl. Assoc. 1969, 6: 59-64.
21. De Cubber A., De Wolf C., Lameire N. i wsp.: Single needle hemodialysis with the double headpump via the subclavian vein. Dial. Transplant. 1978, 7(12): 1261-1263.
22. Uldall P.R., Dyck R.F., Woods F. i wsp.: A subclavian cannula for temporary vascular access for hemodialysis or plasmapheresis. Dial. Transplant. 1979, 8(10): 963-968.
23. Demers H.G., Siebold G., Schielke D.J. i wsp.: Soft right atrial catheter for temporary or permanent vascular access. Dial. Transplant. 1989, 18(3): 130-139.
24. Broviac J.W., Cole J.J., Scribner B.H.: A silicone rubber atrial catheter for prolonged parenteral alimentation. Surg. Gynecol. Obstet. 1973, 136(4): 602-606.
25. Hickman R.O., Buckner C.D., Clift R.A. i wsp.: A modified right atrial catheter for access to the venous system in marrow transplant recipients. Surg Gynecol. Obstet. 1979, 148(6): 871-875.
26. Sanders J.E., Hickman R.O., Aker S. i wsp.: Experience with double-lumen right atrial catheter. J. Parenter. Enteral. Nutr. 1982, 6(2): 95-99.
27. Uldall P.R., Woods F., Merchant N. i wsp.: A doublelumen subclavian cannula (DLSC) for temporary hemodialysis access. Trans. Am. Soc. Srtif. Intern. Organs 1980, 26: 93-98.
28. Graber D.A., Dinerstein C.: The Quinton-Mahurkar dual lumen subclavian catheter - preliminary clinical evaluation. Dial. Transplant. 1983, 12(12): 847-850.
29. Canaud B., Beraud J.J., Joyeux H., Mion C.: Internal jugular vein cannulation with two silicone rubber catheters: A new and safe temporary vascular access for hemodialysis. Thirty months' experience. Artif. Organs 1986, 10(5): 397-403.
30. Tesio F., De Baz H., Panarello G. i wsp.: Double catheterization of the internal jugular vein for hemodialysis: Indications, techniques, and clinical results. Artif. Organs 1994, 18(4): 301-304.
31. Ash S.R., Mankus R.A., Sutton J.M.: Survival and hydraulic function of the Ash Split Cath? hemodialysis catheter. Nephrologie 2001, 22(8): 403-405.
32. Twardowski Z.J., Van Stone J.C., Nichols W.K.: Multiple lumen catheter for hemodialysis. USA patent nr 5,209,723 11.051993 i nr 7,695,450 z 3.04.2010.
33. Ash S.R., Brown K., Asif A. i wsp.: Preliminary clinical study of self-centering central venous catheter for dialysis (Centros?). American Society of Diagnostic and Interventional Nephrology (ASDIN). Accepted Abstracts - Fourth Annual AS DIN Scientific Meeting, Feb. 9-10, 2008. Semin. Dial. 2008, 21: 109.
34. Tal M.G.: Comparison of recirculation percentage of the palindrome catheter and standard hemodialysis catheters in a swine model. J. Vase lnterv. Radiol. 2005, 16(9): 1237-1240.
35. Alarabi A.A., Wahlberg J., Danielson B.G. i wsp.: Experience with the Hemasite device in haemodialysis and haemofiltration patients with vascular access problems. Nephrol. Dial. Transplant. 1990, 5(7): 508-512.
36. Beathard G.A., Posen G.A.: Initial clinical results with the LifeSite? Hemodialysis Access System. Kidney Int. 2000, 58(5): 2221-2227.
