Heartmate 3 (LVAD, Left ventricular assist device) 원리, 장점, 구성 요소

 현재까지 1세대에서 3세대까지 LVAD가 발전해 왔다. 대표적인 3세대 LVAD인 ABOTT 사의 Hearmate 3의 원리와 구성요소를 알아보겠다. LVAD는 좌심실에 고정되어 Pump가 좌심실에서 혈액을 Inflow cannula를 통해 끌어온 뒤 환자의 Aorta에 보내는 방식이다. 여기서 pump는 굉장히 중요한 역할을 하는데 2세대인 HVAD와 3세대인 HM3의 가장 큰 차이가 이 pump의 크기이다. Inflow cannula의 크기가 작아지면서 LV chamber가 작은 사람들에게 압력을 적절하게 적용할 수 있게 되었다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=T37WrT-lDhQ 

이 영상을 보면 간단한 작동원리를 확인할 수 있다. 

 

1. 작동 원리

 HeartMate 3는 혈액 펌프, Inflow cannula(유입 캐뉼라) 및 Outflow graft(유출 이식 편)의 세 가지로 구성된다.

 

출처: abboott사의 Instructions for Use manular

 혈액 펌프는 중심 구성 요소이며 순환 시스템을 통해 혈액을 추진하는 기계적 힘을 생성하는 역할을 한다. 이 펌프는 자기 부상 로터가 있는 원심 흐름 펌프이다. 이를 통해 기계식 베어링을 사용할 필요가 없으므로 마모 및 손상 위험이 줄어들고 내구성이 향상되었다. 
 Inflow cannula(유입 캐뉼라)는 펌프를 약화된 좌심실에 연결하는 튜브로, 혈액이 심장에서 펌프로 흐를 수 있도록 한다.   Outflow graft(유출 이식 편)은 펌프를 신체의 주요 동맥(대동맥)에 연결하는 또 다른 튜브로, 산소가 공급된 혈액이 신체의 나머지 부분으로 분배될 수 있도록 한다.
 HeartMate 3 장치가 이식되면 유입 캐뉼라가 좌심실 내에 위치하고 유출 이식 편이 대동맥에 연결된다. HeartMate 3 펌프는 심장의 자연 수축 중에 혈액이 좌심실로 들어가면서 유입 캐뉼러를 통해 심실에서 혈액을 흡입한다. 펌프 내에서 회전하는 임펠러는 원심력을 생성하여 혈액을 유출 그라프트로 전진시키고 이어서 대동맥으로 밀어 넣는다.

 

1-1 HeartMate 3 의 장점?

HM3의 장점은 Full MagLev Flow Technology에서 온다. 자기장을 통해 부드럽게 혈액처리가 가능하고 이를 통해 혈액이 응고되어 발생하는 합병증과 부작용을 예방할 수 있다. 

출처: https://www.cardiovascular.abbott

 위 사진처럼 Full maglev flow technology pump에는 Large blood flow pathways가 있고 이는 shear stress를 줄여준다. 옆에 GAP이 좁은 기계는 2세대인 HVAD이다. 그리고 또한 HM3는 Intrinsic pulsatility 가진다. 이는 정체를 줄이고 혈전을 최소화시킨다. 이 기능을 통해 pump가 wash out 되고 혈전생성률을 감소시킨다. HVAD에서는 이 기능을 하는 Lavare cycle(라바레 사이클)이 있었다. 심실의 혈류 흐름을 개선하기 위한 주기적인 RPM의 변화를 뜻하는 것이고 HVAD에서는 이것을 on 하거나 off 할 수 있었다. 환자의 혈역학적인 상태가 안정적일 때는 이 Lavare cycle을 ON 하는데 대부분 혈전생성을 예방하기 위해 on 하고 있으나 만약 Device내에 혈전이 있다면 반드시 Lavare cycle을 OFF 해야한다. 

 

2. HM3 시스템 메인 부품

 LVAD외에도 메인 부품들이 여러 가지가 있다.

2-1 system controller

출처: abboott사의 Instructions for Use manular

 시스템 컨트롤러는 시스템 작동을 모니터하는 작은 컴퓨터이다. 컨트롤러를 통해 배터리 잔량, 작동 상태, 알람, 알람 기록, parameter 등을 확인할 수 있다. 환자는 컨트롤러를 2개 가지고 있는데 한 개는 메인용이고 한 개는 메인용이 고장 났을 때 즉시 변경할 수 있는 백업기계이다. 

 

2-2 Volt Lithium-Ion Batteries & 14 Volt Battery Clips, Battery charger, Mobile power unit

출처: abboott사의 Instructions for Use manular

 배터리는 4개가 있고 배터리와 컨트롤러를 연결시킬 수 있는 클립이 2개가 있다. 환자가 거동이 가능하고 움직일 수 있을경우에는 이 배터리 2개를 연결하여 사용하고 나머지 2개는 충전하고 있으면 된다. 배터리를 사용하지 않아도 될 경우에는 MPU라는 mobile power unit을 사용하는데 이는 전선이 길어 먼 거리는 이용할 수 없지만 짧은 동선일 때는 사용가능하다. MPU는 벽전원에 연결하여 사용하는 것이라서 전원을 실수로 뽑지 않도록 주의해야 한다.   

 

2-3 Power module, Heartmate touch communication system

출처: abboott사의 Instructions for Use manular

 Power module은 벽전원을 통해 전원을 공급하는 기계고 수술 직후 중환자실에서만 보통 사용하는 기계이다. 옆에 있는 Heartmate touch communication system통해서 연속적으로 환자의 parameter을 볼 수 있다. 시스템컨트롤러에서는 작은 화면에 1개의 paremeter만 보이고 화면을 켜지않았을 때에는 화면에는 아무것도 나오지않아서 환자의 parameter을 확인하기 위해서는 화면 옆 'ㅁ'를 클릭해야한다. 하지만 Heartmate touch communication system는 지속적으로 모니터가 가능하기 때문에 집중치료가 필요한 ICU에서만 사용한다. 환자의 parameter 설정값을 변경하기 위해서는 이 기계가 꼭 필요하다. 

 

 이 외에도 환자의 활동성에 맞게 여러가지 Bag이 있다. 샤워용, 벨트형, 베스트형, Consolidated Bag 등등이 있는데 주로 Consolidated Bag를 가장 많이 사용하고 선호한다.