Искусственные органы

Информационно коммуникационные технологии (ИКТ) проникли в наши жизни. До сих пор это проникающее влияние включало в основном средства, которые мы используем для частных целей или на работе, такие как персональные компьютеры, мобильные телефоны, дорожные компьютеры и тому подобное. Благодаря новым достижениям эти средства становятся все более и более частями наших тел, либо потому, что мы носим их с собой (переносные компьютеры) или потому, что они имплантированы в наши тела.

На первый взгляд имплантируемые средства не вызывают этических проблем, если мы имеем в виду, например, кардиостимуляторы сердечного ритма. Однако, хотя имплантируемы средства ИКТ могут быть использованы для восстановления способностей организма, ими также могут злоупотреблять, в особенности, когда такие средства являются доступными для цифровых сетей. По мнению одних такие средства являются угрозой для человеческого достоинства и, в особенности, для неприкосновенности человеческого тела, в то время как для других такие имплантанты в первую очередь средства восстановления поврежденных человеческих возможностей и поэтому могут рассматриваться в качестве средств восстановления человеческого достоинства.

Идея допустить размещения средств ИКТ под нашу кожу с целью не только восстановить, но даже и усилить человеческие способности дала толчок научной фантастике. Однако в некоторых случаях имплантация микрочипов с возможностью личного и общественного контроля уже имеет место.

Средства ИКТ изобретены человеком. Функции, которых они достигают, основаны на программируемых или алгоритмических вычислениях в большинстве случаев с использованием небиологических материалов в качестве полупроводников. Это позволяет имитировать некоторые биологические и психические функции. Более того, в принципе сегодня на практике возможна имплантация средств ИКТ в тело человека, например, для восстановления функций тела, как в случае с протезированием и искусственными органами, для замены некоторых частей тела.

Идеи о замене больных органов здоровыми возникли у человека еще несколько веков назад. Но несовершенные методы хирургии и анестезиологии не позволяли осуществить задуманное. В современном мире трансплантация органов занимает достойное место в лечении терминальных стадий многих заболеваний. Были спасены тысячи человеческих жизней. Но проблемы возникли с другой стороны. Катастрофический дефицит донорских органов, иммунологическая несовместимость и тысячи людей в листах ожидания того или иного органа, которые так и не дождались своей операции.

Современная медицинская техника позволяет заменять полностью или частично больные органы человека. Электронный водитель ритма сердца, усилитель звука для людей, страдающих глухотой, хрусталик из специальной пластмассы — вот только некоторые примеры использования техники в медицине. Все большее распространение получают также биопротезы, приводимые в движение миниатюрными блоками питания, которые реагируют на биотоки в организме человека.

Ученые по всему миру все чаще задумывались над созданием искусственных органов, которые могли бы заменить настоящие по своим функциям, и в этом направлении были достигнуты определенные успехи. Нам известны искусственные почка, легкие, сердце, кожа, кости, суставы, сетчатка, кохлеарные импланты.

Во время сложнейших операций, проводимых на сердце, легких или почках, неоценимую помощь медикам оказывают «Аппарат искусственного кровообращения», «Искусственное легкое», «Искусственное сердце», «Искусственная почка», которые выполняют функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу.

 

Искусственные легкие (оксигенаторы).

Оксигенатором называют газообменное одноразовое устройство, которое предназначается для удаления из крови углекислоты и насыщения ее кислородом. Оксигенатор используют при проведении кардиохирургических операций, или же с целью улучшить в организме больного кровообращение, если больной страдает от заболеваний легких или сердца, содержание кислорода в крови при которых сильно понижается.

 

Недостатками прямоточных пузырьковых оксигенаторов являются сильный поток кислорода и связанный с этим гемолиз, а также вспенивание и последующий переход в жидкое состояние всего объема крови, проходящего через оксигенатор. Кислород, поступающий в кровь из нижней части пузырькового оксигенатора противоточного типа, создает пенный столб (экран), навстречу которому из верхней части оксигенатора стекает венозная кровь. Этот принцип более экономичен и эффективен. Расход кислорода и количество крови существенно меньше, чем в прямоточных оксигенаторах. Из-за вспенивания небольшой части притекающей венозной крови меньше травмируются форменные элементы крови. Недостатком указанных оксигенаторов является сложность управления, обусловленная необходимостью постоянного наличия пенного столба. Оксигенаторами указанного типа снабжены различные модификации отечественных АИК.

Пленочные оксигенаторы.

Как свидетельствует название этих устройств, оксигенация происходит при контакте пленки крови, образовавшейся на какой-либо твердой поверхности, с кислородом. Различают стационарные и ротационные пленочные оксигенаторы. В стационарных оксигенаторах кровь стекает по неподвижным экранам, которые находятся в атмосфере кислорода. Примером служит оксигенатор Гиббона, с помощью которого была проведена первая успешная операция на сердце с искусственным кровообращением.Главными недостатками экранных оксигенаторов являются их дороговизна, плохая управляемость, громоздкость конструкции и необходимость большого количества донорской крови. Более эффективны ротационные оксигенаторы. К ним относятся популярные в прошлом дисковый оксигенатор Кея — Кросса и цилиндровый оксигенатор Крафорда — Сеннинга. Пленка крови, образующаяся на поверхности вращающихся дисков или цилиндров, контактирует с кислородом, подаваемым в оксигенатор. Производительность ротационных оксигенаторов в отличие от экранных может быть увеличена за счет повышения скорости вращения дисков (цилиндров). Рассмотренные пленочные и пузырьковые оксигенаторы многоразового пользования имеют исторический интерес. На смену им пришли оксигенаторы одноразового пользования в комплекте с теплообменником, артериальным и венозным резервуарами, специальной «антифомной» (силикон) секцией внутри оксигенатора, газовыми и жидкостными фильтрами, набором канюль и катетеров. Наибольшей популярностью пользуются оксигенаторы фирм «Bentley» (США), «Harvey» (США), «Shiley» (США), «Polystan» (Дания), «Gambro» (Швеция) и др. Эти оксигенаторы полностью удовлетворяют запросы современной кардиохирургии и кардиоанестезиологии. Но если необходима длительная (более 4 ч) искусственная оксигенация крови, то вредное действие прямого контакта крови с кислородом и углекислым газом становится небезразличным для организма. Антифизиологичность этого феномена проявляется изменением электрокинетических сил, нарушением нормальной конфигурации молекул белков и их денатурацией, агрегацией тромбоцитов, выбросом кининов и т.д. Во избежание этого при длительных перфузиях более целесообразно пользоваться мембранными оксигенаторами.

 

 

Искусственные почки: Почки  – главный выделительный (выводящий конечные продукты метаболизма) орган. Почки в нашем организме выполняют жизненно важные функции: выведение чужеродных веществ и нелетучих продуктов жизнедеятельности, поддержание кислотно-щелочного равновесия, водно-электролитного баланса, осмотического давления в организме, синтез и секрецию веществ, влияющих на сосудистый тонус, кроветворение, синтез и секрецию веществ, влияющих на свёртывающую систему крови.

Гемодиализ (от гемо… и греч. diаlysis — разложение, отделение), метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время гемодиализа происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного и электролитного балансов. Гемодиализ осуществляют обменным переливанием крови (одновременное массивное кровопускание с переливанием такого же количества донорской крови), обмыванием брюшины солевым раствором (перитонеальный диализ), промыванием слизистой оболочки кишечника умеренно гипертоническими растворами (кишечный диализ). Наиболее эффективным методом является применение аппарата искусственная почка.

Искусственная почка, гемодиализатор, аппарат для временного замещения выделительной функции почек. В 1913 году американский учёный Дж. Абель создал аппарат для диализа, который явился основой конструкции искусственной почки;
в 1944 году голландский учёный В. Колф впервые успешно применил на практике искусственную почку.

 

Показания к применению искусственной почки:

 

  • острая и хроническая почечная недостаточность.
  • отравления диализируемыми ядами.
  • лекарственная интоксикация.

тяжелые нарушения электролитного состава крови

Аппараты «Искусственная почка» работают уже довольно давно и успешно применяются медиками. Еще в 1837 году, изучая процессы движения растворов через полупроницаемые мембраны, Т. Грехен впервые применил и ввел в употребление термин «диализ» (от греческого dialisis — отделение). Но лишь в 1912 году на основе этого метода в США был сконструирован аппарат, с помощью которого его авторы проводили в эксперименте удаление салицилатов из крови животных. В аппарате, названном ими «искусственная почка», в качестве полупроницаемой мембраны были использованы трубочки из коллодия, по которым текла кровь животного, а снаружи они омывались изотоническим раствором хлорида натрия. Впрочем, коллодий, примененный Дж. Абелем, оказался довольно хрупким материалом и в дальнейшем другие авторы для диализа пробовали иные материалы, такие как кишечник птиц, плавательный пузырь рыб, брюшину телят, тростник, бумагу…

Для предотвращения свертывания крови использовали гирудин — полипептид, содержащийся в секрете слюнных желез медицинской пиявки. Эти два открытия и явились прототипом всех последующих разработок в области внепочечного очищения.

Каковы бы не были усовершенствования в этой области, принцип пока остается одним и тем же. В любом варианте «искусственная почка» включает в себя полупроницаемую мембрану, с одной стороны которой течет кровь, а с другой стороны — солевой раствор. Для предотвращения свертывания крови используют антикоагулянты — лекарственные вещества, уменьшающие свертываемость крови. В этом случае происходит выравнивание концентраций низкомолекулярных соединений ионов, мочевины, креатинина, глюкозы, других веществ с малой молекулярной массой. При увеличении пористости мембраны возникает перемещение веществ с большей молекулярной массой. Если же к этому процессу добавить избыточное гидростатическое давление со стороны крови или отрицательное давление со стороны омывающего раствора, то процесс переноса будет сопровождаться и перемещением воды — конвекционный массообмен. Для переноса воды можно воспользоваться и осмотическим давлением, добавляя в диализат осмотически активные вещества. Чаще всего с этой целью использовали глюкозу, реже фруктозу и другие сахара и еще реже продукты иного химического происхождения. При этом, вводя глюкозу в больших количествах, можно получить действительно выраженный дегидратационный эффект, однако повышение концентрации глюкозы в диализате выше некоторых значений не рекомендуется из-за возможности развития осложнений. Наконец, можно вообще отказаться от омывающего мембрану раствора (диализата) и получить выход через мембрану жидкой части крови вода и вещества с молекулярной массой широкого диапазона.

В 1925 году Дж. Хаас провел первый диализ у человека, а в 1928 году он же использовал гепарин, поскольку длительное применение гирудина было связано с токсическими эффектами, да и само его воздействие на свертывание крови было нестабильным. Впервые же гепарин был применен для диализа в 1926 году в эксперименте X. Нехельсом и Р. Лимом.

Поскольку перечисленные выше материалы оказывались малопригодными в качестве основы для создания полупроницаемых мембран, продолжался поиск других материалов. И в 1938 году впервые для гемодиализа был применен целлофан, который в последующие годы длительное время оставался основным сырьем для производства полупроницаемых мембран.

Первый же аппарат «искусственная почка», пригодный для широкого клинического применения, был создан в 1943 году В.Колффом и X.Берком. Затем эти аппараты усовершенствовались. При этом развитие технической мысли в этой области вначале касалось в большей степени именно модификации диализаторов и лишь в последние годы стало затрагивать в значительной мере собственно аппараты. В результате появилось два основных типа диализатора. Так называемых катушечных, где использовали трубки из целлофана, и плоскопараллельных, в которых применялись плоские мембраны.

В 1960 году Ф.Киил сконструировал весьма удачный вариант плоскопараллельного диализатора с пластинами из полипропилена, и в течение ряда лет этот тип диализатора и его модификации распространились по всему миру, заняв ведущее место среди всех других видов диализаторов. Затем процесс создания более эффективных гемодиализаторов и упрощения техники гемодиализа развивался в двух основных направлениях. Конструирование самого диализатора, причем доминирующее положение со временем заняли диализаторы однократного применения, и использование в качестве полупроницаемой мембраны новых материалов. Диализатор — сердце «искусственной почки», и поэтому основные усилия химиков и инженеров были всегда направлены на совершенствование именно этого звена в сложной системе аппарата в целом. Однако, техническая мысль не оставляла без внимания и аппарат как таковой.

В 1960-х годах возникла идея применения так называемых центральных систем, то есть аппаратов «искусственная почка», в которых диализат готовили из концентрата — смеси солей, концентрация которых в 30—34 раза превышала концентрацию их в крови больного.

Комбинация диализа «на слив» и техники рециркуляции была использована в ряде аппаратов «искусственная почка», например американской фирмой «Travenol». В этом случае около 8 литров диализата с большой скоростью циркулировало в отдельной емкости, в которую был помещен диализатор, и в которую каждую минуту добавляли по 250 миллилитров свежего раствора и столько же выбрасывали в канализацию.

На первых порах для гемодиализа использовали простую водопроводную воду, потом из-за ее загрязненности, в частности микроорганизмами, пробовали применять дистиллированную воду, но это оказалось очень дорогим и малопроизводительным делом. Радикально вопрос был решен после создания специальных систем по подготовке водопроводной воды, куда входят фильтры для ее очистки от механических загрязнений, железа и его окислов, кремния и других элементов, ионообменные смолы для устранения жесткости воды и установки так называемого «обратного» осмоса.

Много усилий было затрачено на совершенствование мониторных систем аппаратов «искусственная почка». Так, кроме постоянного слежения за температурой диализата, стали постоянно наблюдать с помощью специальных датчиков и за химическим составом диализата, ориентируясь на общую электропроводность диализата, которая меняется при снижении концентрации солей и повышается при увеличении таковой. После этого в аппаратах «искусственная почка» стали применять ионо-селективные проточные датчики, которые постоянно следили бы за ионной концентрацией. Компьютер же позволил управлять процессом, вводя из дополнительных емкостей недостающие элементы, или менять их соотношение, используя принцип обратной связи.

Величина ультрафильтрации в ходе диализа зависит не только от качества мембраны, во всех случаях решающим фактором является трансмембранное давление. Поэтому в мониторах стали широко применять датчики давления: степень разрежения по диализату, величина давления на входе и выходе диализатора. Современная техника, использующая компьютеры, позволяет программировать процесс ультрафильтрации. Выходя из диализатора, кровь попадает в вену больного через воздушную ловушку, что позволяет судить на глаз о приблизительной величине кровотока, склонности крови к свертыванию. Для предупреждения воздушной эмболии эти ловушки снабжают воздуховодами, с помощью которых регулируют в них уровень крови. В настоящее время во многих аппаратах на воздушные ловушки надевают ультразвуковые или фотоэлектрические детекторы, которые автоматически перекрывают венозную магистраль при падении в ловушке уровня крови ниже заданного.

Искусственное сердце:

Сердце
Более 2300 лет назад греческий философ Аристотель учил, что оно является вместилищем души. Сегодня мы знаем: величиной с кулак и весящий 300 граммов полый мускул каждую минуту прокачивает все шесть литров крови человека через сеть сосудов, протянувшуюся более чем на 1000 километров, и обеспечивает питательными веществами каждую из 100 миллиардов клеток тела. В зависимости от возраста и нагрузки, сердце бьется 40-200 раз в минуту, при этом ритм орган задает себе сам: электрический задатчик такта в сердечной стенке управляет ударами в зависимости от физических требований.

Имплантируемый насос из стали, снабженный батарейкой и индукционной катушкой для заряда через кожу, в будущем должен заменять неизлечимо больное сердце. При небольших дефектах, например, клапанов, хирурги пересаживают запчасти из свиных сердец или из пластика. Если сердце то и дело сбивается с ритма, корректирующие импульсы задает электронный водитель сердечного ритма, вшиваемый в грудную клетку.

О возможности замены больного сердца пациента, не дающего ему шансов жить дальше, мечтали многие поколения врачей. Простая, на первый взгляд, идея установить вместо сердца насос для крови, выдвинутая еще в начале XIX века, оставалась нереализованной очень долго. Шаг за шагом, или, говоря словами нашего знаменитого хирурга Бориса Петровского, через горы трупов, медицина подступала к “святая святых” человеческого организма, освоив технику операций на открытом сердце, создав искусственные клапаны сердца, научившись имплантировать кардиостимуляторы. Прорывом стала пересадка сердца, но и она не решает всех вопросов. Ведь проблема нехватки донорских органов и необходимость иммуносупрессии серьезно ограничивают и количество таких операций, и выживаемость больных.

Исследования поначалу проводились в направлении частичной замены функции одного из отделов сердца (правый или левый желудочек), и только с созданием аппарата искусственного кровообращения стало возможным всерьез задуматься над тем, как полностью заменить сердце механическим аналогом. Великий советский ученый-экспериментатор Владимир Демихов еще в 1937 году показал принципиальную возможность поддержания кровообращения в организме собаки с помощью пластикового насоса, приводимого в движение электродвигателем. Два с половиной часа, которые прожила собака с этим механическим устройством, имплантированным на место удаленного собственного сердца, стали отсчетом новой эры в медицине.

Эстафету подхватили американские ученые, но лишь два десятилетия спустя В.Кольф и Т.Акутсу разработали искусственное сердце из полихлорвинила, состоящее из двух мешочков, включенных в единый корпус. Оно имело 4 трехстворчатых клапана из того же материала и работало от пневмопривода, расположенного снаружи. Эти исследования положили начало целой серии конструктивных решений искусственного сердца с внешним приводом. Почти четверть века потребовалась для того, чтобы в эксперименте были достигнуты стабильные результаты выживания животных и созданы предпосылки для использования этой технологии в клинической практике. Работы по созданию искусственного сердца интенсивно проводились несколькими группами ученых в США, СССР, ФРГ, Франции, Италии, Японии.

К 1970 году были получены обнадеживающие показатели – животные выживали до 100 часов (Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, США). Однако затем в связи с хроническими неудачами экспериментаторов встал вопрос: а возможно ли в принципе выживание животного с искусственным сердцем более 100 часов? К счастью, на него сравнительно быстро удалось ответить утвердительно – к 1974 году была достигнута выживаемость животных в течение месяца, а три года спустя организм уже 75 проц. животных стабильно работал в течение этого срока. Полученные результаты позволили считать, что метод замены собственного сердца искусственным,как временная мера может быть применен в клинике.

модель искусственного сердца, разработанного в Берлине. Эта модель была впервые имплантирована профессором Хетцером в 1987 г.

 

Идея имплантации искусственного сердца для поддержания жизни реципиента на период поиска подходящего донора была реализована в 1969 году, когда американский хирург Д.Кули произвел имплантацию искусственного сердца больному, которого после резекции обширной аневризмы левого желудочка не удавалось отключить от аппарата искусственного кровообращения. Через 64 часа работы искусственное сердце было заменено на аллотрансплантат, однако еще 36 часов спустя больной погиб от пневмонии. Это был первый случай двухэтапной операции трансплантации сердца, которая сегодня распространена очень широко. В настоящее время, правда, на первом этапе проводят имплантацию не искусственного сердца, а искусственного левого желудочка, но об этом дальше.

Начиная с 1982 года Де Вриз выполнил шесть операций по имплантации искусственного сердца с внешним приводом больным в терминальной стадии сердечной недостаточности. Уже первый больной, несмотря на ряд технических осложнений, прожил с искусственным сердцем “Джарвик-7” 112 суток, затем выживаемость больных была доведена до 603 суток. Все шесть пациентов в конце концов погибли от инфекций. Эти операции, несмотря на общественный интерес, не получили распространения в дальнейшем, так как у больных, привязанных к громоздкому внешнему приводу, не было ни единого шанса на сколько-нибудь полноценную жизнь.

В нашей стране серьезные исследования в области создания искусственного сердца возобновились в 1966 году по инициативе и под руководством тогда еще никому неизвестного молодого хирурга, а впоследствии академика Валерия Шумакова сначала в Институте клинической и экспериментальной хирургии, а с 1975 года – в НИИ трансплантологии и искусственных органов. В течение многих лет над этим работали сотрудники НИИТиИО В.Толпекин, А.Дробышев, Г.Иткин. В 70-е годы советские ученые шли вровень с американскими в разработке искусственного сердца. Не случайно в 1974 году министры иностранных дел СССР и США А.Громыко и Г.Киссенджер в числе других важных документов подписали межправительственное соглашение по исследованиям в области искусственного сердца и вспомогательного кровообращения. Как говорит Валерий Шумаков, этому соглашению в отличие от многих других была уготована счастливая судьба. Оно выполнялось на протяжении двух десятилетий, в результате были созданы искусственное сердце и искусственные желудочки сердца, применявшиеся в клинической практике.

В НИИТиИО были проведены исследования по созданию насосных устройств, систем управления и контроля работы протеза сердца в длительных медико-биологических экспериментах на телятах. Длительность работы модели искусственного сердца с внешним приводом “Поиск-10М” была доведена к 1985 году до 100 суток. Все это позволило начать его клинические испытания. Показаниями к применению искусственного сердца были резкое ухудшение состояния пациентов, включенных в лист ожидания на пересадку сердца; критические ситуации у больных, которые после окончания операции не могут быть отключены от аппарата искусственного кровообращения; резко прогрессирующие явления отторжения трансплантата.

С декабря 1986 года специалистами НИИТиИО было выполнено 17 трансплантаций искусственного сердца “Поиск-10М”, из них 4 в Польше, куда бригада выезжала по экстренному вызову. К сожалению, несмотря на героические усилия врачей, максимальная продолжительность работы искусственного сердца не превысила 15 суток. Но, как это ни цинично звучит в данном случае, отрицательный результат в науке – тоже результат.

– Мы убедились, что искусственное сердце с внешним приводом имеет серьезные отрицательные стороны, – говорит заведующий лабораторией вспомогательного кровообращения и искусственного сердца НИИТиИО профессор Владимир Толпекин. – Прежде всего это большая травматичность, ведь сначала нужно удалить собственное сердце больного и лишь потом на его место поставить сердце искусственное. При этом возникает много осложнений, воспаление тканей, из-за чего повторная трансплантация затруднительна.

Из 17 больных, которым трансплантировали “Поиск-10М”, донорское сердце удалось пересадить лишь одному, но и у него за 3,5 суток жизни на искусственном сердце ткани изменились настолько сильно, что на 7-е сутки после пересадки донорского органа развился воспалительный процесс, приведший к смерти. В настоящее время лишь одна фирма в мире выпускает искусственное сердце с внешним приводом, и на практике в последнее время они практически не применяются ни в качестве “моста” к трансплантации донорского сердца, ни тем более как длительно работающий орган. В результате искусственное сердце было вытеснено менее травматичной системой – искусственным левым желудочком (обход левого желудочка).

Левый желудочек вместо целого сердца

Нагрузка на левый желудочек сердца намного больше, чем на правый, и поэтому, как правило, выходит из строя именно левая половина сердца. Исходя из этого, специалисты из НИИТиИО совместно с конструкторами авиазавода Сухого в середине 80-х годов приступили к разработке искусственного левого желудочка “Ясень-22”. Его клинические испытания закончились блестяще. У 7 больных с тяжелой сердечной патологией использовали эту модель искусственного желудочка сердца с максимальной длительностью перфузии до 9 суток и спасли их жизнь. После того как функция сердца восстанавливалась, больные отключались от устройства и выписывались в удовлетворительном состоянии. Но в конце 80-х годов на авиазаводе сменилось руководство, которое не пожелало продолжать эти весьма многообещающие исследования.

Примерно в то же время в Москву приехали американские специалисты, которые привезли с собой целую партию своих искусственных левых желудочков-насосов “Биопамп”. Именно эти устройства и применяются в настоящее время в НИИТиИО при двухэтапной трансплантации сердца. Показания к их использованию – нарастание явлений сердечной недостаточности, нарушение функции почек. При этом результаты обычной и двухэтапной трансплантации сердца примерно одинаковые. Такие искусственные левые желудочки сравнительно дешевы, ими легко управлять. Хотя они и не дают пульсирующего кровотока, организм это переносит сравнительно легко. Трансплантацию донорского сердца удается провести 95 проц. больных, которым был имплантирован искусственный левый желудочек. В НИИТ и ИО зарегистрированы уникальные в мировой практике сроки жизни больных на искусственном левом желудочке “Биопамп” – до 55 суток. Правда, радоваться этому вряд ли стоит, ведь такие “рекорды” связаны с тяжелейшей ситуацией с донорскими органами в нашей стране.

Но и эти искусственные левые желудочки уже не удовлетворяют ученых. Насосы имеют ряд существенных недостатков – тот же внешний привод, наружные магистрали, необходимость замены головки аппарата каждые 3-4 дня и связанная с этим опасность инфицирования больного. Врачи ставили новые задачи перед конструкторами, и в результате в 90-е годы в США была разработана более совершенная модель искусственного левого желудочка – “Новакор”. Имплантат представляет собой насос мембранного типа с электромеханическим соленоидным приводом. Его основное преимущество в том, что снаружи остается лишь система управления и энергообеспечения (батареи) весом 3,5 кг, а насос имплантируется в тело больного. Пациент не “привязан” к аппарату постоянно, хотя его активная жизнь ограничена 7 часами в сутки – на столько хватает заряда аккумулятора. В мире уже имплантированы сотни таких систем (в 87 проц. случаев они рассматриваются как “мост” к трансплантации, в 9 проц. – как “мост” к восстановлению функции сердца, в 4 проц. – как альтернатива трансплантации).

Показано, что миокард больных кардиомиопатией при использовании этих устройств в той или иной степени восстанавливался, размеры сердца нормализовались, уменьшались или вовсе исчезали участки фиброза, улучшалась клеточная энергетика. Среднее время работы этого устройства – 174 дня, максимальное – более 3 лет. С 1998 года несколько имплантаций этого искусственного левого желудочка было выполнено в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева. Один из больных живет с этим устройством уже почти два года, и врачи не исключают возможность удаления искусственного левого желудочка в связи с нормализацией работы сердца.

Итак, искусственные левые желудочки “Новакор” доказали свою эффективность при лечении больных с сердечной недостаточностью, но эти устройства доступны лишь для здравоохранения богатых стран, в России же внедрению в широкую клиническую практику мешает их слишком высокая цена (порядка 300 тыс.$). Единственным выходом видится создание более дешевого отечественного аналога. Над этим сейчас работают в лаборатории вспомогательного кровообращения и искусственного сердца НИИТиИО совместно с МАИ. Работают значительно активнее, чем это позволяет нынешнее финансирование медицинской науки. Уже закончены стендовые испытания, в прошлом году начались эксперименты на телятах, показавшие работоспособность имплантируемого обхода левого желудочка, при котором из левого предсердия кровь попадает в аорту. Но пока продолжительность жизни животных с этим устройством не превысила трех суток, поскольку не удалось решить проблемы тромбообразования, инфекций. Нуждается в доработке и главное звено этого устройства – насос. Впрочем, в этой области у специалистов НИИТиИО и сотрудничающих с ними инженеров из МАИ большой опыт – за последние годы ими разработана новая концепция построения центрифужных насосов, в результате создано две конструкции насоса, с меньшей травмой форменных элементов крови по сравнению с американскими аналогами. Российская модель обладает значительно большей тромборезистентностью, увеличен до 30-40 дней срок работы этих насосов без замены головки.

Широкое распространение искусственных левых желудочков отнюдь не поставило крест на искусственном сердце. Искусственное сердце XXI века будет лишено громоздкого искусственного привода, насос будет имплантированным (гидравлический или роторный), пациенты смогут жить с ним многие годы. И это отнюдь не заоблачные мечты. Кардиохирург О.Фрезер их Хьюстона совместно с одной из американских фирм разработал электрогидравлическое имплантируемое искусственное сердце, которое уже в этом году может быть пересажено человеку.

А в Институте сердца университета Оттавы готовятся к имплантации искусственного левого желудочка “Хартсейвер”, который целиком вживляется в грудную клетку непосредственно рядом с сердцем пациента. Новое устройство величиной с сердце среднего размера и весом 500 г соединяется одной трубкой с предсердием, другой с желудочком. Оно предназначено для перекачки крови и снятия значительной части нагрузки с больного сердца, которое благодаря этому сможет дольше работать. Но даже в случае внезапной остановки сердца, как утверждает изобретатель аппарата профессор-кардиолог Тофи Муссивенд, “Хартсейвер” сможет длительное время выполнять его функции, действуя как искусственное сердце до пересадки больному донорского сердца.

Кстати, в НИИ трансплантологии и искусственных органов тоже не забыли об искусственном сердце. Несмотря на тяжелейшее финансовое положение института, его директор Валерий Иванович Шумаков находит возможности для поддержки этих исследований. Пока модель нового российского электрогидравлического имплантируемого искусственного сердца существует только в чертежах. Но в самое последнее время удалось найти средства на гидронасос, и российское искусственное сердце, как говорят конструкторы, уже начали делать “в железе”.

Пройдет время, и в мире появится искусственное сердце, которое будет работать не хуже, чем донорское, и многие проблемы трансплантологии будут решены. Но о тех его моделях, которые были созданы на протяжении XX века, человечество будет помнить, как мы помним о паровозах, аэропланах, телеграфе. Потому что без них бы не было сверхскоростных поездов, космических ракет, Интернета. И пусть на пути создания искусственного сердца неудач было пока больше, чем успехов, но ведь дешевые победы не стоят ничего.

Левосторонний искусственный желудочек ИНКОР

Кардиостимулятор:

Кардиостимулятор (электрокардиостимулятор, ЭКС) или искусственный водитель ритма — медицинский прибор, предназначенный для поддержания ритма сердца. Основной задачей кардиостимуляторов является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьется недостаточно часто (брадикардия), или имеется блокада проведения между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада).

Первые модели ЭКС (1 камерные кардиостимуляторы) работали в асинхронном режиме и проводили стимуляцию с фиксированной частотой. В 1965 г. появились первые модели ЭКС, способные определять собственную деятельность сердца и работать в режиме «по требованию». Мультипрограммируемые кардиостимуляторы обеспечили широкий набор характеристик, необходимых для изменения электрических параметров ЭКС при изменяющемся ритме сердца.

Следующее поколение электрокардиостимуляторов (2 камерные кардиостимуляторы) обеспечило физиологический характер кардиостимуляции путем автоматического контроля частоты и/или увеличения степени наполнения желудочков сердца за счет синхронного сокращения предсердий. Физиологическая стимуляция нормализует сердечный выброс и значительно увеличивает функциональные возможности пациента.

Самые последние разработки ЭКС, работающих в двухкамерном режиме, способны определять наличие у больного фибрилляции и трепетания предсердий и автоматически переключаться на другой, безопасный (1 камерный) режим стимуляции – так называемый режим «switch mode». Таким образом, исключается возможность поддержания наджелудочковой тахикардии.

Кроме того, недавно появились трехкамерные кардиостимуляторы для лечения сердечной недостаточности и имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы для лечения самых опасных аритмий – желудочковой тахикардии и фибрилляции желудочков и профилактики внезапной сердечной смерти.

 

Однокамерные кардиостимуляторы.

Однокамерные кардиостимуляторы – это приборы, которые могут воспринимать и стимулировать только одну камеру сердца (предсердие или желудочек). Это самые простые ЭКС. Они могут быть частотно-адаптивными, т.е. автоматически увеличивать частоту при физической нагрузке или без частотной адаптации, т.е. стимулировать постоянно с заданной частотой. В настоящее время использование однокамерных кардиостимуляторов ограничено стимуляцией правого желудочка при хронической форме мерцательной аритмии, а также стимуляцией правого предсердия при синдроме слабости синусового узла (СССУ). В остальных случаях имплантируется двухкамерный кардиостимулятор (в последнее время все чаще и при синдроме СССУ).

Однокамерный кардиостимулятор фирмы «Biotronic»

 

Двухкамерные кардиостимуляторы.

Двухкамерные электрокардиостимуляторы – это приборы, которые могут воспринимать и стимулировать две камеры сердца (предсердие и желудочек). Также как и однокамерные, они могут быть частотно-адаптивными, или без частотной адаптации. Кроме того, почти все современные импортные кардиостимуляторы имеют множество дополнительных функций, позволяющие настроить ЭКС наиболее оптимально для каждого больного.

Двухкамерный кардиостимулятор фирмы «Medtronic»

 

Электроды для кардиостимуляторов.

Существует два вида электродов для кардиостимуляторов: с пассивной и активной фиксацией.

Электроды с пассивной фиксацией крепятся в камерах сердца с помощью специальных усиков на кончике электрода.

Электроды с активной фиксацией крепятся при помощи специалього приспособления на кончике, напоминающее штопор для бутылок.

Практически все современные электроды имеют на кончике специальное стероидное покрытие, которое уменьшает воспаление в месте имплантации электрода, что уменьшает расход энергии, необходимый для сокращения сердца, и тем самым продлевает срок службы кардиостимулятора.

 

Имплантация кардиостимулятора.

Электрокардиостимулятор имплантируется в большинстве случаев в левую подключичную область, как правило, под большую грудную мышцу. Электроды проводятся через прокол в подключичной вене к камерам сердца, и после проверки параметров, фиксируются к окружающим тканям.

 

Биологические протезы. Искусственные суставы.

Биологический протез – орган, выращенный из живых клеток для замены больного или поврежденного органа. Чтобы обеспечить иммунную совместимость, желательно выращивать новый орган из клеток того тела, в котором ему предстоит работать.

Здесь возможны три варианта:

  • Выращивание (регенерация) нового органа прямо в теле больного рядом со старым органом с последующим хирургическим удалением старого органа. Этот вариант не всегда удобен, поскольку внутри человеческого тела очень мало свободного места; возможно также постепенное выращивание нового органа, когда новый орган плавно, по мере своего роста замещает старый, который клетка за клеткой удаляетсямикророботами или киборг-бактериями.
  • Использование “запчастей” из организма-клона, представляющего из себя точную генетическую копию больного, за тем исключением, что у клона, благодаря стараниям генных инженеров, от рождения отсутствует головной мозг. Такие клоны не обладают сознанием, и потому их можно спокойно разбирать на “запчасти”.
  • Выращивание органа вне живого организма, внутри специальной машины.

Искусственные суставы.

Протезированию подлежат практически любые суставы, но чаще всего тазобедренный, коленный и плечевой суставы.

Чаще всего к утрате функций сустава приводит остеоартроз (деформирующий артроз) сустава, суставной перелом, врожденное недоразвитие (дисплазия) сустава, неправильно сросшиеся переломы, нарушение кровоснабжения сустава.
Впервые попытку проведения замены пораженной головки бедренной кости протезом предпринял в 1891 году немецкий хирург Глюк. В качестве материала протеза в то время он использовал слоновую кость.
Современные протезы технологически развились, для их производства используют сложные сплавы и износостойкие пластмассы. Устройство протеза практически полностью повторяет строение настоящего – живого сустава. Благодаря современным технологиям, эти протезы стали более долговечными и прочными, что позволило применять эту процедуру и у больных молодого возраста, ведущих активный образ жизни. Однако, таким активным больным все же приходится заменять изношенные протезы каждые 15 – 20 лет.

Вывод:

Все эти устройства можно рассматривать как временную меру, пока пациент ждет орган для пересадки. Все они далеки от совершенства и доставляют больному массу неудобств.

Идеальный искусственный орган должен соответствовать следующим параметрам:

  • его можно имплантировать в организм человека;
  • он не имеет сообщения с окружающей средой;
  • изготовлен из легкого, прочного, обладающего высокой биологической совместимостью материала; долговечный, выдерживающий большие нагрузки;
  • полностью моделирует функции естественного аналога.

Но на данном этапе мы должны довольствоваться тем, что имеем, и пытаться усовершенствовать имеющиеся искусственные органы. Все эти недостатки, острая необходимость в усовершенствовании дают стимул для развития физики, нано-технологий

В начале XXI века возникли предпосылки появления принципиально новых подходов к восстановлению функций жизненно важных органов, основанных на технологиях клеточной и тканевой хирургии.

 

На мой взгляд искусственные органы должно получать широкое распространения т.к за этим будущее медицины если человечество сможет максимально улучшить их сделать более долгосрочными и увеличить их выпуск то многие болезни станут для человека не смертным приговором а будут лечиться как “простуда”. Больше люди не будут умирать  не дождавшийся своей очереди на трансплонтант и будут жить дольше. Это очень прогрессивная отрасль медицины и врач должен стремиться развивать и помогать этой отрасли получить всеобщее применение

Қажетті материалды таппадың ба? Онда KazMedic авторларына тапсырыс бер

Искусственные органы

error: Материал көшіруге болмайды!