Đôi nét về hệ thống tuần hoàn giả lập (MCL) trong phòng thí nghiệm tim mạch (Cardiovascular Lab)

Trên thế giới, bệnh lý tim mạch đã và đang là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Các thiết bị hỗ trợ tim mạch như tim nhân tạo, dụng cụ hỗ trợ thất trái (LVAD), các loại van tim, màng tim sinh học… đang đóng vai trò quan trọng trong việc cứu sống nhiều bệnh nhân suy tim nặng và suy tim giai đoạn cuối. Tuy nhiên, trước khi áp dụng lâm sàng, các thiết bị này cần được thử nghiệm kỹ lưỡng trong môi trường mô phỏng an toàn.

Bởi lẽ đó, hệ thống tuần hoàn giả lập (Mock Circulation Loop - MCL) ra đời nhằm tái tạo chính xác các điều kiện huyết động học, giúp kiểm tra và tối ưu hóa các thiết bị cấy ghép trước khi thử nghiệm trên người. MCL không chỉ cung cấp một giải pháp thay thế an toàn cho việc thử nghiệm trên người mà còn đảm bảo độ chính xác cao, từ đó giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân tim mạch. Hệ thống MCL đầu tiên, được gọi là "bộ nhân xung", do McMillan phát minh vào những năm 1950, đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ về vận động van tim. Sau hơn 70 năm phát triển, MCL hiện đã có thể mô phỏng nhiều trạng thái sinh lý khác nhau với nhiều cấu phần và hệ tuần hoàn.

Một hệ thống MCL thường bao gồm các thành phần chính sau

1. Buồng tim giả lập: Mô phỏng chức năng của các buồng tim (tâm nhĩ và tâm thất) để tạo nhịp và bơm máu.
2. Mạch máu giả lập: Dùng để mô phỏng hệ thống động mạch và tĩnh mạch, bao gồm trở kháng và độ đàn hồi.
3. Cảm biến áp lực và lưu lượng: Để theo dõi huyết áp, lưu lượng máu và các thông số huyết động khác.
4. Hệ thống điều khiển điện tử: Giúp điều chỉnh và kiểm soát các thông số huyết động theo yêu cầu mô phỏng.

Hệ thống MCL đơn giản với tim và mạch máu giả lập (theo Mansouri 2017)

Lợi ích của MCL

• Mô phỏng chính xác và an toàn: MCL cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra các thiết bị y tế (ví dụ như LVAD, tim nhân tạo) trong môi trường giả lập, đây là điều bắt buộc trước khi thử nghiệm trực tiếp trên người.
• Tối ưu hóa thiết bị y tế: MCL giúp phát hiện sớm các lỗi trong thiết kế và hiệu suất của thiết bị, từ đó cải thiện và tối ưu hóa trước khi đưa vào sử dụng trên lâm sàng.
• Tiết kiệm thời gian và chi phí: Thử nghiệm mô phỏng giúp rút ngắn quá trình phát triển thiết bị, tiết kiệm thời gian và chi phí cho các nhà nghiên cứu.

Một số nghiên cứu nổi bật

Nhiều nghiên cứu quan trọng liên quan đến MCL đã được công bố trên các tạp chí y khoa danh tiếng. Giáo sư Christopher Hayward (Úc) đã sử dụng hệ thống MCL để tìm hiểu ảnh hưởng của LVAD, Impella, IABP và ECMO lên hệ thống tim mạch. Đặc biệt, gần đây với sự phát triển của tim nhân tạo, những nghiên cứu về Bivacor trong môi trường MCL cũng cho thấy những kết quả đáng khích lệ. Giáo sư Jan D.Schmitto (Đức) cũng sử dụng MCL trong nghiên cứu về các phương pháp mổ tim ít xâm lấn…

Những hứa hẹn trong tương lai

Trong tương lai, MCL hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và trở thành công cụ quan trọng trong việc thử nghiệm các thiết bị hỗ trợ tuần hoàn nhân tạo. Một trong những điểm mấu chốt để thành công trong việc phát triển các nghiên cứu dựa trên hệ thống MCL là phối hợp ăn ý giữa bác sĩ nghiên cứu với các kỹ sư y sinh, để có thể tận dụng tối đa những công nghệ y sinh mới nhất. Mới đây, TS. Đỗ Thanh Nhỏ, Đại học New South Wales (UNSW – Úc), đã thành công trong việc chế tạo thất trái mô phỏng với các đặc tính gần giống tim người thật, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới với hệ thống MCL thế hệ mới, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả điều trị cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch phức tạp trong tương lai.

Ths.Bs Lưu Quang Minh, Khoa Hồi sức Tim mạch, Bệnh viện TWQĐ 108