Да сгинет смерть! Победа над старением и продление человеческой жизни - Курцмен Джоэль - Страница 25

Бионические легкие

Большая часть легких состоит из мембран, так что возникает максимальная поверхность, на которой происходит газообмен. Омывая мембраны, кровь теряет углекислый газ и другие газообразные продукты обмена, одновременно насыщаясь кислородом. В 1963 г. Джон Гиббон из Джефферсонского медицинского колледжа штата Виргиния изобрел машину сердце — легкие, которая одновременно прогоняет кровь через сосуды тела и обогащает ее кислородом; это позволяет хирургам на время операций на сердце освободить от крови кровеносные сосуды, соединяющие сердце и легкие. С появлением этого аппарата началась новая эра операций на открытом сердце. До этого единственный способ, позволяющий оперировать на сердце, заключался в том, что врачи охлаждали тело больного, пропуская кровь через змеевик, до 24 °C — прерывание тока крови на короткое время не приносило особого вреда больному. Но в этом случае на саму операцию оставалось не более получаса, так как возникала опасность повреждения мозга от переохлаждения или недостатка кислорода.

Вместе с тем разрабатывались бионические легкие как таковые. В ходе экспериментов выяснилось, что "переносной мембранный оксигенатор", изобретенный Конверсом Пирсом (госпиталь для ветеранов в Бронксе, Нью-Йорк) и успешно испытанный на собаках, можно облегчить до 4–5 кг, и его можно будет носить как рюкзак. Льюис Хэд и его коллеги из Северо-Западного мемориального госпиталя в Чикаго создали искусственное легкое из силастиковых трубочек, помещенных в мягкий пластиковый контейнер; его имплантировали собакам и овцам.

Широкое испытание искусственных легких, начатое в апреле 1975 г., финансируется Национальным институтом сердца и легких. Опыты осуществляются в девяти госпиталях и университетских исследовательских центрах США. До сих пор лечению подверглось свыше 150 человек с острой респираторной недостаточностью. Некоторые из них были подключены к искусственному легкому на срок до трех недель. В апреле 1975 г. журнал "Сайнтифик америкэн" писал: "Искусственное легкое скоро может пополнить список надежных искусственных… заменителей для тех органов человека, которые плохо работают".

Бионическое сердце

Когда с возрастом или в результате болезни сокращения сердца делаются аритмичными или замедленными по сравнению с нормой (около 70 ударов в минуту), происходит недостаточное снабжение кровью всего организма. В прошлом это состояние пытались корректировать введением гормональных стимуляторов непосредственно в сердце, но лечение часто запаздывало, и больной, страдавший сердечной аритмией, умирал, не дождавшись помощи.

Замысел прибора, который посылал бы электрические импульсы в область предсердия и таким образом регулировал ритм сокращений, впервые зародился у д-ра А. С. Химена, директора Уиткинского фонда по профилактике сердечных болезней, еще в 1928 г. Однако прошел 31 год, прежде чем было произведено первое вживление водителя сердечного ритма (кардиостимулятора). Такой разрыв во времени объяснялся несовершенством технологии. Многие материалы, использованные в кардиостимуляторе — эпоксидные смолы, силастик, нержавеющая сталь, титан, — стали доступными только в 50-х годах, когда начались работы по программе космических исследований. Сказанное относится и к созданию ртутной батарейки, которая способна давать ток по крайней мере в течение трех лет. Электронный таймер, необходимый для посылки электрических импульсов к сердцу, появился только в начале 50-х годов, после того как изобретенный в 1948 г. транзистор позволил его миниатюризовать. Первый кардиостимулятор, весивший всего 140 г, был имплантирован больному в 1959 г. д-ром Сэмюэлем Хантером из Медицинской школы Миннесотского университета.

Регуляторы ритма сердечных сокращений имеют свои недостатки. Их работе, например, мешают микроволновые печи. Случалось, что некоторые новейшие модели, активирующие сердце посредством направленных в имплантированный приемник радиоволн, даже заставляли срабатывать электронную защиту от воров, которой оборудованы склады. Известны случаи, когда батарейки садились, — к счастью, почти всегда без трагического исхода.

Недавно был изобретен аккумулятор, который можно подзаряжать непосредственно в теле больного. Это избавляет его от необходимости операции для замены использованной батарейки. Новейшие достижения в области атомной энергии позволили хирургам вживлять в грудную полость больного стимулятор, работающий на радиоактивном плутонии. Плутоний, заключенный в покрытую инертным пластиком свинцовую оболочку, может давать энергию в течение десяти и более лет.

Рис. 5. Искусственное сердце Кольффа. На рисунке показаны основные принципы конструкции большинства моделей искусственного сердца, предназначенных для обеспечения кровообращения в организме. Предложенный Кольффом вариант работает на сжатом воздухе, который проходит по трубкам, выходящим из полости тела, к компрессорам или воздушным насосам. Другие разновидности искусственного сердца приводятся в действие электрическим током или маленьким ядерным реактором

Но, несмотря на огромные успехи хирургии и бионики, от инфарктов все еще погибает свыше 500 000 американцев в год. Совершенно ясно, что необходимо создать бионическое сердце, которое полностью взяло бы на себя функции больного органа. Не удивительно, что в разных медицинских центрах США ученые наперебой стараются изобрести такой аппарат. Группы ученых, такие, как возглавляемая Ди Бейки в Бэйлорском медицинском колледже, Кольффом в Университете штата Юта, Кули в Техасском институте сердца в Хьюстоне и Тецузо Акуцу в Университете штата Миссисипи, ежегодно публикуют тома новых разработок.

К настоящему времени ученые во всем мире с тем или иным успехом испытали более полусотни разных прототипов бионического сердца. Создатели аппарата сталкиваются с двумя основными трудностями.

Во-первых, нужен насос, который при вживлении обеспечил бы бесперебойное кровообращение во всем теле без ущерба для крови. Во-вторых, необходим миниатюрный источник энергии. Конечно, с тех пор как в 1957 г. Акуцу и Кольфф пересадили первое искусственное сердце собаке, достигнуты значительные успехи. Одним из показателей прогресса является время выживания животных с вживленным искусственным сердцем: если первая собака прожила всего полтора часа, то уже в 1974 г. теленок жил 28 дней.

Теленку вживили сконструированное Кольффом и его сотрудниками искусственное сердце, которое получало энергию от радиоактивного плутония-238. В этой модели, весившей около 1,5 кг, плутоний вырабатывал электроэнергию, которая снабжала поршневой двигатель Стирлинга. Двигатель работал по замкнутому циклу, поэтому отходов в виде шлака не было. К нему были подсоединены гибкие передачи; последние в свою очередь приводили в движение насос. Все устройство было покрыто силиконовой резиной, а радиоактивный источник заэкранирован свинцом. После гибели теленка через 28 дней с момента операции выяснилось, что причиной смерти послужил блокировавший насос тромб, который, по-видимому, образовался из-за повреждения форменных элементов крови.

Несмотря на сложность конструкции сердца на основе ядерного реактора, д-р Ли Смит из группы Кольффа в 1975 г. заявил, что, по его прогнозам, такой аппарат будет через два-три года вживляться людям, причем операция будет настолько простой, что больной сможет встать через день-другой, а энергии для обеспечения нормальной работы сердца хватит на десять лет.

Другая группа исследователей, возглавляемая Ди Бейки, разработала конструкцию, состоящую из двух дакроновых мешков, помещенных один в другой. Внутренний мешок снабжен клапанами Старра — Эдвардса, после его заполнения кровью наружный мешок заполняется воздухом. Давление воздуха на внутренний мешок выжимает кровь из "сердца" в кровеносные сосуды. Теоретически такой тип насоса-груши не должен разрушительно влиять на кровь, вот почему этот принцип конструкции в высшей степени желателен. Однако группа Ди Бейки до сих пор не нашла вживляемого источника энергии для бионического сердца: все предварительные опыты на животных проходили с применением сложной системы наружных воздушных насосов, соединенных с сердцем посредством трубок. Помимо прочих неудобств, такая конструкция значительно увеличивает опасность проникновения инфекций по трубкам, соединяющим насос с телом.