Ученые создали искусственное сердце

В марте 1952 года врачам одной из американских клиник удалось поддерживать жизнь пациента при помощи искусственного сердца в течение почти полутора часов.

С тех пор этот случай считается первым успешным применением подобного устройства для сохранения кровообращения у человека.

Как учёные десятки лет пытались заменить человеческое сердце механизмом и с какими трудностями им пришлось столкнуться — в материале RT.

Гонка за кровотоком

В марте 1952 года в США врачи смогли поддерживать жизнь пациента при помощи искусственного сердца в течение почти полутора часов.

 В те времена в разных странах мира полным ходом шла работа над созданием аппарата, который позволил бы заменить человеческое сердце. Разные конструкции такого устройства испытывали едва ли не ежемесячно.

Опыты над животными проходили успешно, и учёные всё чаще пытались задействовать аппараты при оперировании людей.

О полноценной замене сердца тогда речь ещё не шла, однако исследователи были близки к созданию устройства, которое могло бы поддерживать кровообращение во время операций. В те времена их могли проводить только на закрытом сердце, что сильно сужало круг нарушений, которые хирурги могли исправить.

Одним из первых успехов в этой области можно считать работу российского экспериментатора Владимира Демихова. В 1937 году он заменил сердце собаки искусственным агрегатом.

Ему удалось доказать, что по крайней мере несколько часов кровь по сосудам можно гонять таким образом.

Позднее он и вовсе провёл успешную операцию по трансплантации донорского сердца псу, допустив возможность пересадки органа в организм человека.

Другой учёный, американский исследователь Джон Гиббон, из года в год проводил многочисленные эксперименты на животных, а затем при поддержке компании IBM начал испытывать свои аппараты на людях. Также над устройствами, которые работали по принципу насоса для перекачки жидкостей, трудились Клэренс Деннис, Чарльз Линдберг, Алексис Каррель и другие.

Необходимо было также научиться снабжать организм пациента кислородом, но объединить два устройства в одно было меньшей проблемой.

Пациенты, возраст которых зачастую не превышал пяти лет, погибали во время операций. Джон Гиббон списывал это на человеческий фактор. Он был уверен, что техника работает исправно.

Стоит отметить, что причиной летального исхода, как правило, становился неправильный диагноз.

Сенсация

8 марта 1952 года 41-летнему сталевару Питеру Дьюрингу из городка Бетхелем понадобилась операция на сердце.

В распоряжении врачей из трёх больниц, которые поспешили ему на помощь, был прибор на основе перистальтического насоса, принцип которого разработал ещё в 1931 году американский кардиохирург Майкл Дебейки.

Сам учёный к тому времени преподавал в Бэйлорском университете в Техасе, а аппарат местные врачи доработали сами. 

Подключив пациента к насосу, девять врачей, пять медсестёр и два технических специалиста пытались найти причину ухудшения состояния мужчины.

Аппарат установили так, чтобы он перегонял только часть крови — три литра в минуту вместо пяти. Медики надеялись обнаружить кровяной сгусток или другую преграду, мешавшую нормальной работе органа.

Несмотря на то, что спасти Дьюринга не удалось, благодаря насосу он смог прожить ещё 80 минут.

Следующие несколько дней СМИ разносили новости об уникальной операции. «Врачи впервые успешно применили искусственное сердце во время операции, но пациент скончался», — говорилось в выходившей в штате Огайо газете The Coshocton Tribune.

При этом отмечалось, что это был первый случай в стране, когда к аппарату подключили человека. Со ссылкой на представителей больницы та же газета сообщала, что чуть раньше местные учёные удачно испытали насос для кровообращения на собаке.

Наука пропитывает жизнь

До настоящей сенсации оставалось совсем недолго. Одним из первых успешных хирургических вмешательств на человеческом сердце при использовании аппарата искусственного кровообращения считают операцию с применением устройства американского хирурга Фостера Додрилла.

Объединившись с инженерами компании General Motors, он разработал своё искусственное сердце. В июле 1952 года Додрилл успешно применил свой аппарат, напоминающий 12-цилиндровый двигатель, чтобы исправить порок сердца у 41-летнего Генри Опитека.

Операция длилась 80 минут, 50 из которых пациент был подключён к аппарату. Опитек прожил ещё около 30 лет. 

Ученые создали искусственное сердце

  • Искусственное сердце, разработанное Додриллом.
  • © gmheritagecenter.com

Чуть позже добился положительного результата и американский кардиохирург Джон Гиббон. Его первая по-настоящему удачная операция прошла в Медицинском колледже Джефферсона в Пенсильвании.

6 мая 1953 года у Гиббона получилось успешно прооперировать 18-летнюю девушку.

Однако последующие операции были омрачены смертями пациентов от осложнений, в связи с чем учёный отказался от дальнейших испытаний созданного им искусственного сердца.

С тех пор учёные продолжали разработку аппаратов искусственного кровоснабжения и значительно продвинулись в этой области, хотя операции на открытом сердце по-прежнему считаются довольно опасными. Что же касается сенсации в пенсильванской больнице, быстро разошедшаяся новость не забылась со временем.

Так, например, американский писатель Чарльз Уиллингем в своей книге «В моё время: век величайших изменений в истории человечества» (In My Time:the Greatest Century of Change in the History of Man) вспоминает, как 8 марта 1952 года услышал по телевизору о том, что на человеке впервые успешно испытали искусственное сердце.

«Я очень любил науку, — писал он. — И каждый день, куда ни гляну, я везде замечал, как она пропитывает нашу жизнь».

Добавьте RT в список ваших источников

Сибирские ученые создали дисковое искусственное сердце

Сейчас первый отечественный насос такого вида проходит стендовые испытания

Сердечная недостаточность появляется на конечном этапе развития большинства заболеваний сердца и в итоге может стать причиной смерти. Чтобы не допустить столь серьезных последствий, сибирские ученые сделали отечественный аналог дискового искусственного сердца: оно компактнее и безопаснее, сообщает издание «Наука в Сибири».

Существует несколько видов искусственных сердец: они либо заменяют человеческое полностью, либо только одну его часть. Чаще всего используется второй вариант — насос, работающий как искусственный левый желудочек (хотя бывают и правые).

Показаний для подобной имплантации, как правило, несколько. Первое и одно из самых распространенных — насос как «мост» к трансплантации (ТС): когда пациенту необходима ТС, но по каким-то причинам в данный момент донорского сердца нет, и нужно дождаться его появления.

Второй вариант — «мост» к принятию решений: когда пересаживать сердце рискованно, так как имеются некоторые противопоказания — нарушения функции внутренних органов, повышенное давление легочной артерии и т.д.

В этом случае пациент наблюдается от трех до девяти месяцев: обычно за это время проходят неблагоприятные симптомы, и становится возможной полноценная пересадка.

Другие случаи происходят реже: в частности, абсолютные противопоказания к пересадке — например, людям со злокачественными опухолями. После трансплантации сердца необходима иммуноподавляюшая терапия, а раковым больным она противопоказана.

В такой ситуации врачи предлагают пациенту продлить жизнь с помощью искусственного сердца, которого может хватить на несколько лет.

Описаны случаи, когда пациенты свыше десяти лет живут с аппаратами вспомогательного кровообращения и даже отказываются от предложений о пересадке донорского сердца, мотивируя это хорошим самочувствием.

«После подобного вмешательства человек ограничен в передвижениях, потому что насос постоянно требует подзарядки, — рассказывает руководитель Центра хирургии аорты и коронарных артерий в Национальном медицинском исследовательском центре им.

академика Е.Н. Мешалкина доктор медицинских наук Александр Михайлович Чернявский. — Например, будет трудно улететь в Америку: современные аккумуляторы держатся не более 9 часов, а полет длится 12. Зато на поезде проще — там есть розетки».

 

Наиболее редкое показание — временная имплантация для восстановления пораженной сердечной мышцы. Бывают случаи, когда у человека обнаруживается острый вирусный миокардит. В результате функция сердца падает настолько, что ее нужно замещать. Для этого и имплантируется насос: он несколько месяцев «прокачивает» сердце, а оно в это время восстанавливается в процессе лечения миокардита. 

Существует несколько видов таких насосов. Первый — лопастный — давно создан и в России, и за рубежом. Он работает благодаря импеллеру — колесу с лопастями, вращающемуся вокруг продольной оси со скоростью от 7 000 до 10 000 оборотов в минуту: таким образом насос прокачивает до 10 литров крови за 60 секунд. 

«Питание идет благодаря двум батарейкам: каждая из них обеспечивает работу насоса примерно четыре часа, — добавляет Александр Чернявский. — Когда одна разряжается, пациент ставит ее на зарядку, а сердце в это время работает от другой.

Во время сна пациенты подключаются к обычной электрической сети через специальный коммутатор. Зарядка происходит через кабель, выходящий из тела: за ним нужно ухаживать, перевязывать, чтобы не было инфекций.

Еще у устройства есть контроллер: через специальный разъем туда вводятся параметры, необходимые для работы сердца: производительность, скорость вращения ротора и т.д.  

Другой тип таких насосов — дисковый, где вращается не импеллер, а (что логично) диски. Специалисты Клиники Мешалкина создали первый отечественный дисковый насос совместно с Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А.

Христиановича СО РАН: сердце было сделано на основе насоса, ранее применявшегося в космосе. Получившееся устройство представляет собой пакет дисков, расположенных друг над другом с фиксированным зазором в 0,5 мм.

При вращении диски крутятся благодаря специальному электродвигателю, за счет молекулярного трения захватывают кровь и в итоге выбрасывают ее обратно в организм. 

«Новый насос совсем небольшой — диаметром в 4 см и высотой в 2 см, так что его легче и удобнее имплантировать, — отмечает специалист. — При этом он способен качать 7—8 литров крови в минуту.

Также насос снижает контакт деталей с кровью и риск образования тромбов.

Около стенки диска образуется безэритроцитный слой плазмы, поэтому эритроциты не контактируют с поверхностью и благодаря этому предотвращается повреждение элементов крови».

Пока насос на стендовых испытаниях: неизвестно, сколько времени понадобится, прежде чем он войдет в практику. Еще решены не все проблемы: у ученых пока не получилось создать хороший мотор, крутящий диски с малым потреблением энергии и без нагрева.

Мотор — специфичное изделие, которое должно быть небольшим, компактным, хорошо управляемым и обладать мощностью в 5—6 ватт.

Моторы на 25—30 ватт быстро нагреваются, а температура более 40 °C в организме приводит к ожогам окружающих тканей и свертыванию крови.

 «Мы обратились в новосибирскую компанию «Импульс-проект», которая взялась за эту задачу и в течение двух лет работает над созданием мотора, — добавляет Александр Чернявский. — Как только мы сделали хороший мотор, потребляющий мало энергии, выяснилось: другая часть насоса слабая.

Чтобы это поправить, необходимо разработать не только подшипник, но и специальное покрытие для снижения трения и нагрева корпуса насоса и ротора. Сейчас мы заняты созданием специального покрытия, чтобы трение подшипника было минимальным.

Так что проблем при разработке больше, чем нам казалось изначально, но я надеюсь, что года за два мы закончим этот проект и перейдем к испытанию насоса в эксперименте на животных».

Читайте также:  Кардиаск: инструкция по применению, цена, отзывы, аналоги. показания к применению

Технология постоянно развивается: сейчас появляется идея о зарядке сердца через кожу с помощью электромагнитного поля.

Пока это не совсем безопасно — в результате такого «питания» появляется дерматит и воспаление кожи, однако ученые занимаются разработкой специальных защитных гелей.

Если всё получится, система будет полностью имплантирована в организм — без кабеля, который является основным источником инфекции

Искусственное сердце

2 декабря 1982 года американский хирург Дейтон Кули в критической ситуации имплантировал искусственное сердце Jarvik 7 пациенту Барни Кларку.

Пациент прожил с искусственным сердцем 112 дней, которые, как сказал один из участников операции, «дали больше знаний, чем предыдущие девять лет» жизни Барни Кларка.

Примечательно, что Кларк, будучи верующим человеком, согласился на операцию не для продления жизни, а для помощи науке.

В день пересадки Дейтон Кули работал под руководством другого знаменитого хирурга Майкла Эллиса Дебейки и даже не предупредил его о предстоящей операции, что привело к драматическим последствиям в их отношениях.

Поведение Кули было признано неэтичным, и он был вынужден перейти на работу в другой госпиталь. Даже разработка искусственного сердца велась разными путями. Когда был создан Jarvik 2000 J весом 90 грамм, в клинике Дебейки использовали DeBakey Mikromed весом всего 53 грамма.

Врачи помирились через сорок лет, когда Кули было 87 лет, а Дебейки – 99.

Искусственное сердце Jarvik 7, разработанное доктором Робертом Джарвиком в лаборатории знаменитого врача Виллема Йохана Колффа, было не первым (что понятно по цифре 7) и не единственным искусственным сердцем к тому времени. Но именно это устройство стало наиболее востребованным и применимым при операциях на сердце. В новых модификациях оно выпускается до настоящего времени фирмой SynCardia Systems.

Первое пересаженное сердце было искусственным: пластмассовый насос с моторчиком. Операцию по его пересадке провел в 1937 году выдающийся отечественный хирург и основоположник научной трансплантологии Владимир Петрович Демихов. Собака, которой была проведена операция, прожила с искусственным сердцем два часа.

Человеку впервые было пересажено сердце в 1964 году американским хирургом Джеймсом Харди. Пациенту пересадили сердце шимпанзе. Больной прожил всего полтора часа: маленькое сердце шимпанзе не смогло обеспечить крупного мужчину. Первую пересадку сердца от человека человеку произвел в 1967 году в ЮАР Кристиан Бернард.

Донором был женщина 25 лет, а реципиентом 55-летний мужчина. Пациент прожил 18 суток и умер от двусторонней пневмонии, поскольку пересадка чужих тканей требовала полного подавления собственного иммунитета. Кстати, до конца жизни Бернард считал своим учителем В. П. Демихова.

В нашей стране первая пересадка сердца была проведена в 1987 году хирургом Валерием Ивановичем Шумаковым.

В настоящее время пересадка сердца стала рутинной операцией. В мире производится около 6000 пересадок сердца в год. Однако количество научных проблем по мере развития этого направления современной хирургии возрастает. Кроме того, остаются актуальными все возникшие при первых пересадках проблемы.

Первый вопрос: искусственное или «натуральное»? Пересадка сердца от донора требует специального подбора, типирования, что может надолго задержать спасительную операцию, когда обратный отсчет идет даже не днями, а часами – больной может так и не дождаться подходящего донора.

К несчастью, количество людей, ожидающих трансплантацию сердца во всем мире, значительно превышает возможности получения донорских сердец. Именно это поддерживает напряженную активность в разработке искусственного сердца.

Функция, которую выполняет человеческое сердце как насос, оказалась настолько значительной, что масса искусственного сердца превышает 6 килограмм. Источник питания и двигатель надо носить с собой в рюкзаке или катить за собой на тележке.

Отчасти поэтому борьба идет за уменьшение размеров и создание таких внутренних поверхностей искусственного сердца, которые минимально способствуют образованию тромбов. В Новосибирском институте патологии кровообращения им. Мешалкина имплантируют искусственное сердце отечественной разработки.

К настоящему времени имплантировано более 20 таких искусственных сердец.

Устройство с дисковым насосом уменьшает контакт крови с механическими поверхностями, тем самым минимизируя образование тромбов. Сам прибор по размерам меньше зарубежных аналогов, проще имплантируется и стоит в почти впятеро дешевле.

Это устройство может в дальнейшем значительно потеснить иностранные аналоги, поскольку стоимость операции по пересадки сердца в США превышает 800 тысяч долларов.

Однако все имплантируемые искусственные сердца имеют выход наружу, что является потенциальным источником инфекции и ограничивает сроки их применения.

Американская фирма AbioCor создала искусственное сердце, имплантируемое целиком: когда источник питания находится под кожей и может подзаряжаться снаружи. Пока это устройство находится в стадии испытаний. В любом случае, искусственное сердце – это этап на пути пересадки донорского сердца.

25-летний Сэм Ларкин живет с искусственным сердцем фирмы SynCardia уже семнадцать месяцев. Он может находиться вне дома и даже играет в баскетбол. Но это несравнимо с донорским сердцем, максимальная продолжительность жизни с которым в настоящее время составляет 33 года.

Именно столько прожил Джон Маккаферти, которому пересадка была проведена в 1983 году. Пересаженное сердце тоже может стареть, болеть и приходить в негодность. Миллиардер Дэвид Рокфеллер сделал себе первую пересадку сердца в 1976 году.

В этом году, ко дню его 101-летия, ему пересадили шестое по счету сердце.

В Массачусетском госпитале ученые разработали совершенно новый способ получения донорских сердец. Сердце, которое не подошло для трансплантации, помещают в специальную среду, где удаляют практически все живые клетки, оставляя «каркас». Этот каркас заселяют клетками, взятыми у больного, и за две недели выращивают новое сердце. Такие пересадки уже сделаны на мышах.

Еще одним путем получения нового сердца стали попытки напечатать его на 3D-принтере. Поскольку ткани сердца достаточно однородны, то напечатать его даже легче, чем другие органы. Предположительный срок реализации этого направления оценивается в десять лет. Достижения современной науки позволяют искать новые пути в области пересадки сердца.

Александр Свиридов, врач-кардиолог

Человеку впервые вживили автономное искусственное сердце

В самом конце минувшего года в медицине произошло событие, которое знаменует новую эпоху в кардиохирургии: во Франции впервые имплантировали человеку полностью автономное искусственное сердце. Бригаду хирургов возглавил доктор Кристиан Латремуйль, а общее руководство проектом осуществляет знаменитый профессор Ален Карпантье.

Как сообщили из госпиталя им. Жоржа Помпиду, где была проведена уникальная операция, 75-летний пациент, который перед операцией находился в предсмертном состоянии, идет на поправку. Врачей поздравил президент Франции, в госпитале побывала министр здравоохранения Марисоль Турэн. Но это не первая подобная операция в мире.

Почему тогда к ней такое повышенное внимание?

Многие наши органы природа создала в двойном экземпляре. Утрата одного из них, конечно, заметна для организма, но не ведет к трагическому исходу. А вот главный наш двигатель — сердце — уникален. Его остановка или даже любая из сердечных болезней — явная угроза жизни.

Мышечный моторчик размером с кулак и весом всего в 300 граммов работает без перерыва до 100 с лишним лет. За одно сокращение он выталкивает в сосуды от 60 до 75 мл крови. За сутки сердце сокращается около 100 000 раз, перекачивая от 6000 до 7500 литров крови.

Сравните: в обычной чугунной ванне помещается в среднем 200 литров, значит, за сутки сердце перекачивает 30-37 полных ванн. И это еще не все.

Наш «движок» умеет подстраиваться под нагрузки — у лежащего на диване ритм сердцебиения и выброс крови в разы отличается от бегуна-спринтера или актера на премьерном спектакле.

Фантастика в груди

И вот представьте, всю эту сложнейшую природную систему сумели повторить конструкторы и ученые, работавшие вместе с врачами.

В создании искусственного сердца участвовали специалисты европейского авиационно-космического концерна EADS Astrium и некоторых других высокотехнологичных компаний.

Датчики давления и высоты, используемые в современной авиации, снимают информацию о нагрузке, благодаря этому искусственный орган практически мгновенно увеличивает или уменьшает выброс крови. Правда, вес прибора — 900 граммов, больше он и по размеру, чем настоящее сердце.

Потому пока врачи осторожно говорят о том, что эта модель может быть использована только для пациентов-мужчин, но не годится для женщин и детей. Однако нет сомнений в том, что возможности современной электроники позволят со временем сделать модель и меньше, и еще искусней.

Другая интересная деталь — в девайсе совмещены живые биологические ткани и искусственные материалы. Так, клапаны сердца покрыты биоматериалом, полученным из тканей сердца крупного рогатого скота. А функцию сокращающейся сердечной мышцы выполняют новейшие полимеры.

Медики утверждают, что прибор может работать без остановки до 5 лет. Однако из сообщений СМИ пока неясно, как решена проблема связи девайса и 3-килограммового пояса с 12 литиевыми батарейками, который пациенту придется носить на себе, и как они будут подзаряжаться. А это принципиально важно.

Попытка N 100

Вдохновляющее достижение французских ученых родилось не на пустом месте. В автономном сердце соединился технический поиск длиной почти в 100 лет. Первый аппарат искусственного кровообращения был создан в нашей стране в 1925 году.

Кардиостимуляторы — приборы, подстраивающие ритм сердцебиения к физической нагрузке, — были изобретены более 60 лет назад. Первые аппараты, заменяющие работу желудочков сердца (то есть собственно его «насосов»), применяются в кардиохирургии уже 30 лет. Поначалу они были похожи на огромные ящики размером со стиральную машину.

Пациента подключали к ним длинным шлангом, по которому струилась кровь, — зрелище не для слабонервных. Потом сделали компактные имплантируемые приборы по отдельности для левого и правого желудочков. В 2004 году в США начали вживлять больным прибор, заменяющий сразу оба желудочка.

Первая модель целого имплантируемого сердца, позже предложенная в этой стране, весила более 6 кг. Затем свои модели предлагали в разных странах — их создано несколько десятков. Есть подобные разработки и у нас в России.

Но у каждого из этих приборов есть свои слабости. Так, вживляемые девайсы зависят от элементов питания, находящихся снаружи, — пациенты носят их на поясе или в специальной сумке и время от времени подключают к обычной электророзетке.

Если между прибором внутри и элементом питания есть провод, пациенту угрожают инфекции. Если провода нет, и энергия идет через кожу, приходится подзаряжать прибор чаще, что лишает больного мобильности.

Главным образом все эти устройства используются либо для помощи собственному больному сердцу человека, либо как вспомогательный «мостик» на год-полтора, на время подбора сердца живого, донорского.

Вперед, Франция

Почему столь яркий шаг вперед в создании искусственного сердца сделала именно Франция, хотя лидерами в кардиохирургии всегда были США, Германия, Россия? Можно найти несколько объяснений.

Во-первых, здесь хирургия всегда была радикальной и новаторской.

Достаточно вспомнить, что именно Ален Карпантье с командой провел первые трансплантации донорских конечностей (рук и ног), а затем — и первую в мире пересадку лица и бронха, выращенного на металлической конструкции…

Читайте также:  Ginseng kianpi pil: отзывы, как принимать, побочные эффекты

Во-вторых, этому способствует проработанная законодательная и нормативная база — у нас, к примеру, развитие трансплантологии во многом сдерживает ее отсутствие.

В-третьих, случайно так совпало или нет, но именно французская система здравоохранения в целом считается сегодня лучшей в мире. А это говорит о внимании государства, развитости социальной сферы в целом, доверии общества к медикам — о том, без чего развитие медицинской науки невозможно в принципе. Ну и не стоит снимать со счетов умение французов преподносить свои достижения.

Чем закончится первая имплантация автономного сердца, мы непременно узнаем. Но уже сегодня можно уверенно сказать: даже в случае неудачи или неполной удачи поиски в этом направлении не остановятся.

Кстати

Сергей Готье, директор ФНЦ трансплантологии и искусственных органов Минздрава России, академик РАМН:

— Конечно, это большой шаг вперед — практически смоделированы и воплощены все функции живого сердца. Однако пока не совсем понятно, как обеспечивается энергоснабжение искусственного органа. Если через провода, то это всегда высокий риск инфицирования, поэтому прогноз по сроку продления жизни пациента сделать очень сложно.

Сергей Дземешкевич, директор Российского научного центра хирургии РАМН, профессор:

— С фундаментальных научных позиций все эти достижения уже были продемонстрированы ранее. Но здесь речь идет о технологическом прорыве. Подробнее сказать не могу, пока нет научных публикаций.

Однако эта история подтверждает, что использование искусственных органов для имплантации человеку по своей эффективности все более приближается к трансплантации.

Все очевиднее, что это и есть магистральный путь развития трансплантологии, поскольку обеспечить всех нуждающихся в замене органов пациентов за счет донорства мы не сможем.

Идеальное искусственное сердце должно иметь вечную батарейку и не стучать

2017-09-29T08:00Z

2017-09-29T14:32Z

https://ria.ru/20170929/1505797611.html

https://cdn21.img.ria.ru/images/150579/77/1505797724_0:0:600:341_1036x0_80_0_0_6f24d1816b02acc52f1dc977217e7a8d.gif

РИА Новости

https://cdn22.img.ria.ru/i/export/ria/logo.png

РИА Новости

https://cdn22.img.ria.ru/i/export/ria/logo.png

МОСКВА, 29 сен — РИА Новости, Анна Урманцева. Всемирная федерация сердца в 1999 году учредила Всемирный день сердца, который отмечается ежегодно 29 сентября. Сердечно-сосудистые заболевания — самая распространенная причина смертности в мире, хотя она в последнее десятилетие и значительно снизилась.

Ученые, инженеры, биофизики, материаловеды всей планеты работают над созданием искусственного сердца. Так почему же до сих пор не удается произвести вроде бы простой биологический насос, который просто гонит кровь?

В мире зарегистрированы сотни патентов, защищающих авторские права как создателей отдельных желудочков сердца, так и полноценных аппаратов — искусственных сердец.

Однако небольшое количество операций по установке полностью искусственных сердец (всего несколько десятков) пока несравнимо по количеству с тысячами проведенных операций по имплантации отдельных искусственных желудочков. Причем желудочки устанавливают чаще всего на время, пока пациент ждет донорское сердце.

Получается, что ни одна инженерная разработка пока не может заменить сердце биологическое.

Поясняет главный трансплантолог Сибирского федерального округа, разработчик искусственного сердца Александр Чернявский: «Сейчас в мире существует несколько используемых разработок искусственного сердца.

Самое продвинутое пневматическое сердце — это SinCardia от американской компании CardioWest. Это сердце создано много лет назад, и его постоянно совершенствуют. Последняя модель довольно удачная — там маленький пневмопривод. В ходу и еще одна американская модель — Jarvik 7.

У всех на слуху самое инновационное французское сердце — Carmat, но с ним пока много проблем. У нас в России пока разработан только искусственный левый желудочек АВК-Н «Спутник».

Но в мире в этой области сделано очень много, поэтому если мне кто-то скажет, что предложил что-то новое, я не поверю, потому что сделать это сейчас исключительно сложно.»

После установки искусственных сердец и желудочков обычно возникает три проблемы. Первая — это инфекционные осложнения, потому что пока не удается имплантировать искусственное сердце так, чтобы оно не подзаряжалось от внешних носителей. А выход на поверхность тела для провода является одновременно входом для инфекции.

Пока не найдены подходы по преодолению этой проблемы, хотя изучалась возможность подзарядки через кожу, но разница потенциалов обычно вызывает сильный дерматит. Также были фантазии по поводу установки внутри тела человека небольшого термоядерного реактора, который мог бы вырабатывать энергию, но и на эту тему ученые думать уже перестали.

Пока любое искусственное сердце или желудочек питается от батарейки снаружи. В среднем менять батарейку нужно через 8-10 часов.

Вторая проблема — тромбогеморрагические осложнения. Все люди, имеющие искусственные сердца, принимают препараты, разжижающие кровь. В искусственном сердце имеется четыре искусственных клапана, которые довольно быстро приходят в негодность.

Поэтому анализы таких пациентов всегда показывают повышенную тромбоопасность.  Для того чтобы снизить ее, в некоторых конструкциях отсутствует пульс, то есть аппараты гонят кровь непрерывным потоком.

Некоторые специалисты считают, что таким образом снижается опасность тромбообразования, поэтому идеальное искусственное сердце не должно пульсировать.

Третья проблема — гемолиз, то есть разрушение эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина. Люди постепенно желтеют, их кровь портится. Однако с этой проблемой справиться легче всего.

Кроме этих трех проблем, есть еще задачи, которые пока не ясно, как решать.

Объясняет директор Национального медицинского исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова, академик РАН Сергей Готье: «Любой искусственный насос проигрывает, так как не имеет возможности самообновляться, как это делает биологическая ткань.

Почему у нас сердце работает всю жизнь? Потому что происходит смена клеточного состава и есть постоянный приток кислорода. Сердце работает настолько гемодинамически идеально, что не возникает ни турбуленции, ни тромбоза, если конечно, речь идет о здоровом сердце.

Оно ускоряется, если мы побежим, и замедляет пульсацию, когда мы останавливаемся. Для того чтобы искусственный насос работал в таком режиме, он должен управляться микрокомпьютером. Получается, что нужно создать очень высокотехнологичное устройство.

А это очень дорого! Пока оптимальным решением и по цене, и по эффективности работы является пересадка донорского сердца.»

Тем не менее, как считает академик Сергей Готье, разработки искусственных сердец нужно непременно продолжать, поскольку, получив идеальное искусственное сердце, человек избавится от тяжести иммуносупрессии — отторжения чужеродной ткани, которая происходит при трансплантации. На данный момент биологические сердца пока незаменимы, но искусственные образцы постепенно совершенствуются и завоевывают признание врачей.

Комментирует Александр Чернявский: «Когда мы делали обзор медицинской литературы 10 лет назад, то искусственные сердца очень сильно проигрывали.

А вот сейчас трехлетняя выживаемость и после трансплантации донорского сердца, и после имплантации искусственного примерно равная.

Пока, конечно,  мы имеем много осложнений для центральной нервной системы при постановке искусственного сердца, но их количество постепенно уменьшается. Я думаю, в обозримом будущем возможно можно будет надолго прогнозировать человеческую жизнь с искусственным сердцем.»

Шанс на спасение — искусственное сердце

При крайней степени нарушения сократительной способности сердца или при проведении кардиологических вмешательств используется механическое устройство, временно поддерживающее достаточный уровень жизненно-важных параметров.

Все аппараты для искусственного кровообращения подразделяют на оксигенаторы (насыщают кровь кислородом) и кардиопротезы (имплантируют в организм). Такие устройства помогают провести длительные операции на открытом миокарде или быть надеждой на спасение жизни в период ожидания донорского органа для трансплантации.

История открытия механического сердца

Первооткрывателем возможности поддержания кровотока по сосудам вне организма был советский врач Демихов.

Он провел операцию собаке еще в 1937 году, установив на место сердца насос, который был соединен с электрическим двигателем.

В 60-е годы американские ученые Кольф и Акутсу создали сердце из пластика с 4-мя трехстворчатыми клапанами. Его работа обеспечивалась пневматическим приводом.

Но настоящая успешная имплантация искусственного сердца осуществлена только в 1969 году хирургом из Америки Кули. Пациент страдал от аневризмы левого желудочка. Ему провели обширную резекцию (удаление) части миокарда, после чего было невозможно отключить от аппарата экстракорпорального кровообращения.

Так как единственным шансом на спасение жизни могла бы быть пересадка сердца, то до ее проведения установили механический трансплантат. Он проработал 64 часа, затем было найдено и пересажено донорское сердце. К сожалению, больной погиб от пневмонии, прожив менее 2 суток. Но подобная двухэтапная трансплантация лежит в основе современных операций.

Все дальнейшие попытки создания искусственного аналога сердца не привели к ожидаемому результату. Модели российских аппаратов могут работать до 100 дней, их внешний двигатель громоздкий, подзарядка должна быть каждые 12 часов.

Первое такое устройство было подключено пациенту в Центре Бакулева в 2010 году. Его можно использовать пока как временное спасение для пациентов, ожидающих пересадку сердца.

Так как спрос на искусственное сердце повышается с каждым годом, то проводится постоянное совершенствование приборов и научные открытия в этой области. К новейшим, но экспериментальным разработкам, относится сердце, напечатанное на 3D принтере, а также выращенное из стволовых клеток.

Рекомендуем прочитать статью об установке кардиостимулятора. Из нее вы узнаете о целях установки устройства и его типах, методике имплантации и возможных осложнениях.

А здесь подробнее о гипертрофии миокарда.

Удачные примеры установки искусственного органа в разных странах

Долгое время самым известным механическим сердцем была модель Джарвик 7, рекордная продолжительность жизни больного составила 620 дней. Именно столько прожил со времени установки (в 1985 году) У. Шредер, доказав, что можно заменить биологический орган на рукотворный.

Модель искусственного сердца Джарвик 7

Следующей версией такого прибора был Симбион, а в настоящее время Синкардия является практически единственной успешной моделью искусственных сердец. Основная проблема подобных устройств – это вес зарядного устройства, которое нужно было возить с собой или носить в рюкзаке за спиной.

Пациенты с таким аппаратом не избавлены от необходимости пересадки донорского органа, но они могут ожидать трансплантацию не только в больнице, как было раньше, а зарядить аккумулятор от обычной розетки, находясь дома. Синкардии установлены 1600 больным, максимальный срок работы превысил 3,5 года. Поэтому у пациентов появился шанс дожить до того момента, когда будет найден подходящий донор.

Искусственное сердце справа

Что такое синдром пересаженного сердца

Несмотря на то, что после пересадки механического аналога сердца или замены его клапанов появляется шанс на жизнь, многие пациенты не ощущают облегчения. Это связано с такими причинами:

  • возникает страх поломки устройства,
  • шум от работы по ночам не дает возможности уснуть,
  • больной постоянно фиксирован на ритме сердцебиений,
  • нарастает депрессия и суицидальные наклонности.

Появляются жалобы на головную боль, онемение конечностей, обмороки и головокружения, сильную утомляемость. Это заставляет больных резко ограничивать физическую активность.

Одним из опасений является отсутствие боли при нарушении работы прибора, поэтому пациенты боятся утратить контроль за своим здоровьем. Подобная симптоматика лечится совместными усилиями кардиолога и психиатра.

Риски установки аппарата

Операция довольно сложная, она имеет прогнозируемые и внезапные осложнения. Так, например, ни один врач не может дать гарантию, что во время установки механического сердца не возникнет смерть.

К достаточно ожидаемым рискам относятся:

  • аллергические реакции на медикаменты,
  • формирование кровяных сгустков,
  • интенсивное кровотечение,
  • инфекция,
  • поломки или помехи в работе механизма.

Все же большинство операций проходят успешно и без осложнений, а пациенты с искусственным сердцем способны даже пробежать марафонскую дистанцию. Все зависит как от заболевания, так и от стремления пациента к выздоровлению и соблюдения рекомендаций врача.

Смотрите на видео об установке искусственного сердца:

Системы искусственного кровообращения

Экстракорпоральное кровообращение, то есть подключение сосудистой сети пациента к аппаратам для очистки, насыщения кислородом или введения медикаментов, бывает таких видов:

  • общее,
  • изолированное,
  • вспомогательное.
Читайте также:  Шоколад предупреждает инсульт и проблемы с сердцем

Общий вариант предусматривает использование механического насоса и оксигенатора вместо работы сердца и легких. Такие аппараты искусственного кровообращения широко используются в кардиохирургии.

Если нужно изолировать орган или систему от общего кровотока для того, чтобы в вести большую концентрацию лекарственного вещества, то такой способ назван регионарным или изолированным. Он применяется онкологами и хирургами для перфузии цитостатиков или антибиотиков.

Вспомогательное кровообращение снижает нагрузку на сердце путем снижения притока крови или сопротивления периферических сосудов. Проводится в виде внутриартериальной баллонной контрпульсации, разгрузки при подключении к роликовым или центрифужным насосам, а также установки искусственных желудочков сердца.

Что представляет собой аппарат искусственного кровообращения

В составе устройства, которое может взять на себя основные функции организма – дыхание и циркуляцию крови для передачи кислорода тканям, входят такие части:

  • оксигенатор (аналог легких),
  • теплообменник (поддерживает температуру),
  • насос с регуляцией производительности (искусственное сердце),
  • магистрали для передвижения крови,
  • фильтры для поглощения газовых пузырьков, кровяных сгустков, разрушенных клеток крови.

Дополнительно в составе могут быть системы для поглощения крови из раневой зоны, дренажа левого желудочка, измерения скорости кровотока, температуры венозной и артериальной крови, давления, содержания кислорода. Для заправки прибора могут быть использованы:

  • физиологический раствор глюкозы или хлорида натрия,
  • реополиглюкин,
  • калия хлорид,
  • бикарбонат натрия,
  • эритроцитарная масса из донорской крови.

Принципы работы

Подключение аппарата для искусственного кровообращения зависит от выбранной методики оперативного вмешательства. Наиболее распространенная схема предусматривает такие этапы:

  1. Забор крови из обеих полых вен или из правого предсердия, желудочка.
  2. Поступление в оксигенатор.
  3. Накачивание насосом в бедренную артерию.
  4. Продвижение по брюшной и грудной части аорты (против обычного направления).
  5. Через дугу аорты кровь течет в коронарные и мозговые артерии.

Длительность подключения зависит от вида операции – от нескольких минут до 4 — 8 часов. При этом врач старается как можно меньше держать пациента на искусственной перфузии.

Если для операции требуется более часа, то кровь дополнительно охлаждается. Это позволяет понизить потребность в кислороде, а значит, и скорость кровотока.

При особо сложных вмешательствах гипотермия может достигать 15 градусов.

Действие искусственного кровообращения на организм

Условия гемодинамики, которые воспринимаются организмом как стрессовые, включают:

  • обратный поток крови в аорте,
  • минимальный уровень давления в полостях сердца,
  • разрушение клеток крови в период продвижения по жестким магистралям,
  • отключение легочного кровотока,
  • скопление в крови медиаторов боли,
  • гипотония и низкое сопротивление сосудов.

Операция с подключением к аппарату искусственного кровообращения подобна тяжелой травме, кровопотере и шоковому состоянию.

Для компенсации организм перераспределяет питание таким образом, чтобы защитить головной мозг и сердце в ущерб для остальных органов.

Это мешает достигнуть нормального кровотока даже на высокой скорости перфузии. Поэтому ткани страдают от недостатка кислорода и обменного закисления крови.

Осложнения после

Самыми сложными для последующего лечения являются такие нарушения после отключения пациента от прибора:

  • закупорка сосудов жизненно-важных органов эмболом, тромбом, кальцием или каплями жира, воздухом;
  • ишемия органов;
  • реакция на консервированную кровь;
  • чрезмерная кровоточивость из-за введения Гепарина или активации фибринолиза.

Для предотвращения этих осложнений в период экстракорпорального кровотока проводится постоянное исследование состояния пациента и лабораторных показателей. Современные аппараты снабжены системами многоступенчатых фильтров.

Рекомендуем прочитать статью о жизни после установки кардиостимулятора. Из нее вы узнаете о восстановлении после операции, особенностях жизни с устройством, возможности занятий спортом и необходимости регулярных осмотров.

А здесь подробнее о лечении гипертрофии левого желудочка сердца.

Искусственное сердце представляет собой прибор, через который проходит кровь в период кардиохирургических вмешательств или его имплантируют в организм пациента. Несмотря на то, что есть примеры длительной жизни с подобным устройством, такая установка является временной мерой для больных, ожидающих донорское сердце.

Протезированные клапаны или желудочки сердца могут взывать сложные психологические проблемы. В период операции замена собственных функций легких и сердца на аппаратные позволяет провести необходимые манипуляции на открытом сердце.

Швейцарцы создали мягкое искусственное сердце

Исследователи из Швейцарии разработали технологию отливки полностью функционального искусственного сердца.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), болезни сердечно-сосудистой системы выступают основной причиной смерти в мире. Так, в 2012 году в результате этих патологий скончались 17,5 миллиона человек.

Хотя усилия по снижению показателя сосредоточены на выявлении факторов риска и профилактике, ученые также ищут способы реабилитации пациентов в терминальных состояниях. Одним из них служит трансплантация сердца.

Подобные операции предполагают сравнительно высокую выживаемость, которая, тем не менее, ограничена отторжением нового органа. Ожидание донора при этом длится от нескольких месяцев, и пациенты нередко умирают до наступления очереди.

В качестве альтернативы рассматривается пересадка искусственного сердца. Например, в 2015 году китайские ученые испытали на овце устройство, работа которого повторяет механизм ракетного двигателя. На сегодняшний день такие системы, однако, используются в качестве временных и не обладают нужной функциональностью оригинала.

В новой работе специалисты из Швейцарской высшей технической школы Цюриха представили метод создания полноценного искусственного сердца. Орган производился с помощью 3D-принтера. Авторы изготовили его методом литья по выплавляемым моделям (lost-wax casting): напечатали пресс-форму, в которую затем поместили жидкий силикон.

Объем прототипа составил 679 кубических сантиметров, масса — 390 граммов (средние значения — 253 и 332 грамма у женщин и мужчин соответственно).

Несмотря на больший вес, строение искусственного органа соответствует настоящему: он состоит из левой и правой камер с клапанами, от которых отходят трубки, играющие роль аорты, верхней полой, нижней полой и легочных вен. Перекачка жидкости и сокращения обеспечиваются воздушными насосами.

В рамках испытаний ученые моделировали разные уровни нагрузки: при частоте 80 ударов в минуту имплантат пропускал жидкость (ее вязкость приближалась к показателю крови) со скоростью 2,2 литра в минуту (примерно вдвое меньше нужного).

Среднее пульсовое давление в аорте — разница между систолическим, «выталкивающим», и диастолическим — при этом достигало 48 миллиметров ртутного столба, что согласуется с целевым значением (30–50 миллиметров ртутного столба). Таким образом, прототип полностью воспроизводил работу настоящего сердца.

Отмечается, что из-за применяемого материала он оказался недолговечен: в условиях, приближенных к реальным, имплантат выдерживал порядка трех тысяч сокращений — в норме меньше часа. Тем не менее, по словам авторов, эксперимент указывает на перспективность технологии.

В ближайшее время они продолжат совершенствование метода для продления срока службы устройства.

  • Подробности исследования представлены в журнале Artificial Organs.
  • Ранее ученые показали, что прогноз операций по пересадке сердца связан с фазами Луны, и протестировали трансплантацию органа от свиньи примату.
  • Сюжет об исследовании / ©ETH Zürich

Ученые сделали полностью искусственное сердце

Французские ученые разработали полностью искусственное сердце, которое можно пересадить человеку. По их словам, уже в 2011 году может состояться первая пересадка совершенно автономного искусственного органа.

Заболевания сердца ежегодно уносят до 17 млн жизней во всем мире. 20 тыс. человек ежегодно умирают только в США, не дождавшись пересадки донорского сердца.

Сегодняшнее поколение искусственных сердец — устройства размером с большой палец, которые имплантируются в грудную клетку и перекачивают кровь из полости сердца в аорту.

Эти устройства приходится перезаряжать каждые четыре часа, используя для этого внешний источник питания. С 2000 года в США такие «желудочковые протезы» хирурги пересадили 220 пациентам.

Чаще всего такой протез используется для того, чтобы пациент смог дожить до момента пересадки донорского сердца.

Разработали новое устройство специалисты компании Carmat, биомедицинского филиала Европейского аэрокосмического и оборонного концерна (EADS), под руководством профессора Алана Карпентера (Alain Carpentier) из госпиталя имени Жоржа Помпиду (Georges Pompidou) в Париже. В проекте участвовали несколько исследовательских групп со всего мира, включая специалистов по космическим технологиям из EADS.

Ученые постарались сделать искусственное сердце, которое и внешне, и по своим техническим характеристикам стало максимально похожим на «родной» орган. Работающий прототип уже готов, но первый промышленный образец ученые надеются получить только через два с половиной года.

У сердца, разработанного Carmat, существовало несколько конкурентов. В период с 2001 по 2004 год компания Abiomed разработала опытный образец, который клинически тестировался, но оказался не очень удачным.

14 пациентов, которые участвовали в исследовании, прожили в среднем пять месяцев. Компания MagScrew использовала телят для проведенных в 2005 году испытаний своего протеза.

Но результаты их работы не стали объектом дальнейших испытаний.

Новое сердце предназначено в первую очередь пациентам, которые перенесли обширный инфаркт и у которых наблюдаются регулярные остановки сердца, а также тем, кому не помогают медикаментозное лечение, искусственные водители ритма или невозможна пересадка донорского сердца. «Я нередко наблюдал, как молодые активные люди не старше 40 лет умирали от сердечных заболеваний, — говорит Карпентер. — Поэтому мы разработали устройство, которое в состоянии помочь тем, кто может не дождаться пересадки сердца из-за нехватки донорских органов».

Работа продолжалась почти 15 лет в обстановке строжайшей секретности. По словам Карпентера, создателям удалось избежать некоторых конструктивных ошибок, которые наблюдались у других опытных образцов. Это новое устройство бьется почти так же, как и настоящее человеческое сердце.

Оно использует электронные датчики, которые до этого применялись в управляемых ракетах, чтобы отрегулировать сердечный ритм и уровень кровотока. Новое сердце покрыто созданной из свиных хрящей тканью, которая позволяет избежать конфликта с иммунной системой реципиента, а главное — не позволяет образоваться тромбам.

Именно тромбы и становятся основной проблемой при имплантации искусственных клапанов в сердце.

«Если показать электрокардиограмму, снятую с нашего протеза, кардиологу, он скажет, скорее всего, что это человеческое сердце, — утверждает Карпентер, — но так работает протез».

Искусственное сердце протестировано на телятах и в условиях человеческого организма при помощи компьютерного моделирования. Как утверждает Карпентер, осложнений рабочая группа в ходе испытаний не наблюдала. Детали нового протеза, по словам разработчиков, отличаются приличным запасом прочности.

Но пока существенным препятствием для полноценного внедрения искусственного сердца стала проблема с электропитанием. Батарея в опытном образце работает от 5 до 16 часов, после чего ее надо подзаряжать, чтобы предотвратить остановку аппарата.

Сейчас команда Карпентера рассматривает два варианта подзарядки батареи. Ни один из них не требует вживления в ткань пациента проводов, которые всегда становятся источником инфекций.

Теперь Carmat требуется получить одобрение французских властей для проведения клинических испытаний.

Эксперты в области кардиологии предупреждают, что необходима тщательная проверка нового прибора, поскольку предыдущие попытки создать полностью искусственное сердце потерпели неудачу как раз во время тестирования на человеке. Как утверждают создатели нового протеза, производство серийных экземпляров обойдется примерно в £120 тыс.

Adblock
detector