Искусственное сердце история создания: Искусственное сердце – Наука – Коммерсантъ

Содержание

Искусственное сердце – Наука – Коммерсантъ

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

История создания искусственного сердца и сколько с ним живут

Эксперты рассказали об истории создания искусственного сердца, и кто его изобрел. Также эксперты уточнили, сколько люди с ним живут.

В первый раз в истории искусственное сердце испытали весной 1952 года

Редакция информационного издания comandir.com отмечает, что американским врачам искусственное сердце помогло продлить жизнь пациента на протяжении 1,5 часа. В 1950-х годах в мире проходили работы по выпуску аппарата на замену сердца человека. Подобные аппараты испытывались на животных. Для людей полноценной замены сердца не предполагалось. При этом эксперты были готовы выпустить устройство для поддержки кровообращения при операциях. Сердечные операции проводили тогда на закрытом сердце. Из-за этого врачи могли исправить только некоторые его нарушения.

Советский ученый Владимир Демихов смог в 1930-х годах заменить сердце у собаки на искусственное. Оно смогло в течение нескольких часов проработать. Потом Демихов пересадил успешно собаке донорское сердце, что открыло возможность проведения подобной операции на человеке.

Весной 1952 года американцу Питеру Дьюрингу потребовалась на сердце срочная операция. У медиков был аппарат, основой которого являлся перистальтический насос. Благодаря подключению пациента к этому аппарату медики выявили причину недуга мужчины. Дьюринга они не спасли, но насос дал ему возможность прожить более часа.

Одним из первых искусственное сердце изобрел американец Фостер Додрилл

Летом 1952 года Додрилл с помощью своего аппарата помог спасти Генри Опитека. Потом Опитек смог успешно еще прожить 30 лет. С течением времени медики и учёные улучшали аппараты искусственного кровоснабжения и значительно продвинулись в этой области. При этом даже в XXI веке операции на открытом сердце чрезвычайно сложные и опасные.

Первым имплантировал искусственное сердце американец Дейтон Кули

В 1982 году врач из США заменил сердце на искусственное Барни Кларку. Потом Кларк смог прожить с новым сердцем пару месяцев. Пересаженное сердце имело название Jarvik. На то время оно не было уже единственным. Ежегодно в мире сердце пересаживают 6 тыс. раз. Подобная операция несет также немало проблем.

Сердце пересаживать могут как искусственное, так и природное от донора. При этом операция с донорским сердцем нуждается в особом подборе и тестировании. Это не подходит, когда операция срочная, и счет идет на часы. В мире число людей, стоящих в очереди на трансплантацию, больше числа возможных донорских сердец. По этой причине чаще всего используются искусственные сердца. Вес искусственного аппарата более 6 кг. При этом пациент обязан с собой носить элемент питания. В итоге продолжаются работы по уменьшению габаритов искусственного сердца.

Операция стоит недешево. В США затраты на пересадку сердца обходятся в 800 тыс. долл. При этом у имплантируемых сердец есть наружный выход, из-за чего возможно заражение тела.

Эксперты из фирмы AbioCor выпустили такое сердце, которое полностью имплантируется. Элемент питания расположен внутри. Есть возможность его внешней подзарядки. Пока такое сердце только испытывается.

Люди живут с природным донорским сердцем более 30 лет

При этом даже пересаженное сердце стареет и ослабляется. Известный в мире миллиардер Дэвид Рокфеллер себе сердце пересадил в первый раз в 1976 году. До дня своей смерти он сердце пересаживал 6 раз.

Также американские ученые смогли создать обновленную методику по использованию донорских сердец. Если сердце не подошло для трансплантации, то его окунают в особую среду. В итоге с сердца удаляются живые клетки, после чего остается только «каркас». Потом в «каркас» заселяются клетки, которые берутся у больного пациента. За пару недель вырастает новое сердце. Подобную пересадку проводили успешно на грызунах.

Также проходят работы по выпуску нового сердца с помощью 3D-принтера. Сердечные ткани являются однородными, из-за чего печать этого органа не такая сложная.

Ссылка дня. 50-летняя история создания механического сердца — Секрет фирмы

Механические сердца помогают людям во всём мире дождаться момента появления подходящего органа для пересадки. Однако до сих пор устройства такого типа не получили широкого одобрения и распространения. The Verge публикует историю бывшего спортсмена Стива Уильмса, которому искусственное сердце спасло жизнь, а также рассказывает об этапах изобретения механических сердец.

Ежегодно в США только один из десяти больных получает сердце для пересадки. Но Стиву Уильямсу повезло: ему посчастливилось оказаться в одном из немногих мест в мире, где практикуют установку искусственных сердец, — в институте Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе. После трёх дней комы в его грудную клетку установили механический насос. Такие «органы» делает аризонская компания SynCardia. Устройство имеет простую конструкцию: два искусственных желудочка размером с кулак крепятся к предсердию, аорте и лёгочной артерии. Две трубы, похожие размером на садовые шланги, связывают полиуретановые желудочки с воздушным насосом, который находится вне тела. Устройство должно быть постоянно подключено к розетке или аккумуляторной батарее.

Практически две трети больных, у которых установлены искусственные сердца SynCardia, могут вставать с постели и ходить уже через две недели после операции. Большая часть из них доживает до того момента, когда находится подходящее живое сердце для пересадки. Однако и у такой жизни есть существенные недостатки: требуется постоянное сопровождение, а устройство всё время должно быть подключено к электросети. Кроме того, есть и психологические проблемы: механическое сердце очень шумное и его обладатель может только мечтать о тишине. Это мешает как ему, так и окружающим. Например, однажды официант в заведении обвинил Уильямса в том, что у того в рюкзаке бомба.

«Проведите аналогию с коленными суставами и слуховыми аппаратами, — говорит главврач французской компании Carmat Пит Янсен. — В какой-то момент мы сделаем имплантируемый насос крови, который полностью сможет заменить больное сердце».

Об искусственном сердце впервые заговорили в 1960-х. В 1970-х был построен один из первых прототипов. Его источником питания был плутоний-238 — побочный продукт изготовления ядерного оружия. Поэтому у «атомного сердца» были некоторые очевидные недостатки — оно подвергало пациентов высокому уровню радиации. В итоге это устройство ни разу не было имплантировано человеку. Это изобретение проложило путь для клинических испытаний Jarvik-7 — приспособления из двух искусственных желудочков, связанных с внешним воздушным насосом. В 1982 году 61-летний стоматолог Барни Кларк, у которого была терминальная стадия сердечной недостаточности, согласился на установку Jarvik. Так он стал первым человеком, живущим без естественного сердцебиения. Его искусственное сердце работало 112 дней, и Кларк умер. Jarvik был вживлён пациентам ещё четыре раза, и ни один из них не был успешным. Устройство вызвало почечную недостаточность, кровоизлияние и инсульты.

В 1988 году финансирование программы по созданию искусственного сердца в США было практически полностью сокращено. Но молодой кардиохирург из Аризоны по имени Джек Коупленд в середине 1980-х имплантировал одно из них под названием «Сердце Феникса» в тело умирающего пациента, а после провёл ещё несколько удачных и неудачных экспериментов. В 1991 году он основал CardioWest, которая позже стала SynCardia. Сейчас она пользуется разработками, которые когда-то позволили создать Jarvik. 17 из 81 его пациентов, ожидавших пересадки с искусственными сердцами, умерли. Но статистика успешных случаев впечатлила регуляторы, и устройство CardioWest стало первым и единственным утверждённым FDA.

«Это как химиотерапия в 1960 году: люди привыкли думать, что это безумие — давать яд тем, кто умирает, — говорит кардиохирург и один из ведущих специалистов Cedars-Sinai Франсиско Аравия. — Нет сомнений, что жить с искусственным сердцем — не то же самое, что с обычным. Но человеческое тело может приспособиться к невероятным вещам».

«Человеческие сердца — как подержанные автомобили, они могут иметь недостатки», — говорит Аравия. — Иногда тело пациента отвергает трансплантации, иммунная система атакует и убивает инородные органы». При этом искусственные сердца — не такие, так как они не сделаны из ткани человека. «Они работают в 100 случаях, — рассказывает Аравия. — Вы знаете, что получаете».

Несмотря на все недостатки, у SynCardia есть сотни анкет тех, кто хочет получить механическое сердце в ожидании пересадки. Сейчас компания ожидает одобрения от FDA той модели, которой пользуется Уильямс. Создание и патентование такого устройства — не только трудоёмкий, но и очень затратный процесс. В 2006 году компания Abiomed получила одобрение FDA на использование постоянного механического сердца, но после клинических испытаний оно было установлено только одному человеку. Abiomed после была вынуждена отказаться от такой практики.

9 апреля этого года Уильямсу сообщили, что в Cedars-Sinai для него привезли донорское сердце. На следующий день ему сделали операцию. Однако в июле тело стало отвергать новое сердце, теперь Уильямсу, скорее всего, потребуется пересадка почек. Несмотря на это, он собирается работать добровольцем в Cedars-Sinai, помогая адаптироваться тем, кому устанавливают механические сердца.

Ученые создали искусственное сердце :: ГБУЗ МО Коломенская ЦРБ

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. 

  • 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».

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…

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.

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.

Каково это — жить с искусственным сердцем?

Автор фото, Greg Funnell/ British Heart Foundation

Подпись к фото,

Джим Лински всегда носит с собой запасные батарейки, ведь от них в прямом смысле зависит его жизнь

50 лет назад знаменитый хирург Кристиан Барнард осуществил первую в мире успешную операцию по пересадке человеческого сердца. С тех пор такие операции стали обычным делом.

Сейчас в Великобритании в очереди на пересадку сердца стоит около 300 человек, и многим из них в качестве временной меры — пока не нашлось донорское сердце — ставят механический насос.

Этот насос называется вспомогательным устройством левого желудочка сердца (LVAD) и помогает поддерживать ток крови в организме.

Для многих эта временная мера растягивается на годы, и все это время они вынуждены полагаться на LVAD, работающий от батарейки. Каково это, жить с таким искусственным сердцем?

Студенту Джиму Лински LVAD вживили в 2015 году, когда ему было всего 19. Считается, что он стал самым молодым жителем Великобритании, которому установили это устройство.

На второй неделе жизни Джим и его сестра-двойняшка Грейс заболели менингитом. Девочка перенесла это вирусное заболевание без последствий, а вот у ее брата было сильно повреждено сердце.

Сейчас Лински, как и большинство пациентов с LVAD, включен в список на трансплантацию, но не считается первоочередником.

«Мне ни разу не предлагали пересадку, — говорит он. — И это очень странно, если учесть, что в списке у меня не так много «конкурентов», у которых был бы тот же рост, вес и возраст».

Автор фото, Greg Funnell/ British Heart Foundation

Подпись к фото,

Джим Лински (на фото с сестрой и матерью) в детстве переболел менингитом, который дал осложнение на сердце

Лински продолжает учебу в университете Шеффилд Халлам и ведет независимый образ жизни вдали от дома.

Правда, он всегда носит с собой рюкзачок, провода от которого уходят прямо в тело.

Он хорошо понимает, как это выглядит со стороны, поэтому батарейки держит в кармане, а пульт управления — на поясе, чтобы все это не бросалось в глаза.

И еще он мечтает о том, чтобы вместе с друзьями ходить в спортзал или бассейн и не задумываться об этом.

Что такое вспомогательное устройство левого желудочка сердца?

Автор фото, Science Photo Library

  • LVAD — это своего рода искусственный сердечный насос
  • Устройством пользуются люди с тяжелой сердечной недостаточностью. Иногда его вживляют людям, ожидающим пересадки сердца
  • Обычно левый желудочек, одна из четырех камер сердца, закачивает кровь в аорту и далее гонит ее по всему телу
  • В случае тяжелой сердечной недостаточности сердце настолько ослаблено, что не справляется с этой работой
  • Тогда устройство помогает сердцу восстановить нормальный ток крови
  • Некоторым пациентам, ожидающим пересадки сердца, может понадобиться LVAD, если, по оценкам врачей, они не доживут до тех пор, пока не найдется подходящее донорское сердце

Источник: British Heart Foundation

Иногда он просыпается по ночам от жужжания устройства. Но когда Лински спит, батарейки подзаряжаются. На следующий день это дает им 8-10 часов работы.

«Особенно трудно принимать душ, потому что я не могу слишком сильно мочить ранку, — признается он. — Да и студенческий образ жизни поддерживать нелегко. Если в клубе что-нибудь прольешь на себя, приходится бежать домой. Страшно подумать, что будет, если тебя случайно толкнут или обольют. Так что жить с чем-то таким неестественным, особенно в свои лучшие молодые годы, очень непросто».

Автор фото, Calon Cardio

Подпись к фото,

Конструкция насосов постоянно совершенствуется

Когда три года назад Лински только имплантировали LVAD, он весил всего 44 килограмма. Сейчас он набрал вес.

«Я чувствую себя сейчас намного лучше, чем когда у меня еще не было насоса. Мой организм стал функционировать более стабильно. Но иногда все равно возникают невероятные сложности», — признается он.

В октябре старый насос отказал, и Лински пришлось вставлять новый LVAD в больнице. Свой 22-ой день рождения он провел в коме.

И хотя он благодарен врачам за насос, который не дает ему умереть, Лински говорит, что, если бы ему пересадили полноценное сердце, это избавило бы его от многих страхов и ограничений.

Конечная терапия

У нынешних насосов есть свои минусы. Помимо торчащих прямо из тела проводов и необходимости носить с собой батарейки, пациенты не застрахованы от таких осложнений, как инфекции и кровотечения.

Кроме того, для некоторых людей, включая тех, кто, по мнению врачей, слишком слаб для трансплантации, LVAD является окончательным решением.

Подпись к фото,

Профессор Стивен Уэстаби установил искусственное сердце Питеру Хаутону, который попал в Книгу рекордов Гиннеса

Одним из таких людей был психолог из Бирмингема Питер Хаутон. Он скончался в 2007 году, но успел попасть в Книгу рекордов Гиннеса как самый долгоживущий пациент с искусственным сердцем.

Хаутон активно работал, консультируя смертельно больных людей, когда у него самого начались проблемы с сердцем.

Когда через несколько лет он наконец попал на прием к кардиохирургу Стивену Уэстаби, Хаутон страдал от сильной одышки, у него была подагра, язвы по всему телу, и вообще, по его собственному признанию, «жить стало слишком больно».

Профессор Уэстаби счел, что для трансплантации Хаутон слишком болен и жить ему осталось считанные недели. Поэтому он предложил радикальную операцию по вживлению искусственного сердца. И Хаутон ухватился за этот шанс, который он потом называл лотерейным билетом.

В июне 2000 года ему вставили насос модели Jarvik. Хаутону пришлось носить с собой рюкзачок с батареями и контроллером. Кроме того, в черепе ему сделали миниатюрную розетку, провод от которой тянулся прямо к насосу.

С тех пор Питер Хаутон прожил еще семь лет, вместе с женой усыновил более 10 детей, совершил благотворительный поход протяженностью в 91 милю (почти 150 км) и посещал различные международные конференции, на которых неизменно выступал в поддержку LVAD.

Но его главная задача заключалась в том, чтобы сделать искусственное сердце «конечной терапией», после которой уже не требовалась бы трансплантация донорского органа.

Автор фото, PA

Подпись к фото,

В череп Питера Хаутона был вставлен металлический разъем, провод от которого тянулся прямо к насосу

Автор фото, PA

Подпись к фото,

Jarvik 2000. Устройство такого типа носил Питер Хаутон

Что касается Джима Лински, то ему пересадка сердца, конечно, обеспечила бы более высокое качество жизни. Однако в ближайшие полгода его не станут включать в список первоочередников, поскольку ему совсем недавно пересадили новейший LVAD и, чтобы он как следует прижился, должно пройти время.

«Честно говоря, с этим насосом я был бы рад не ложиться под нож хирурга еще 10 лет, а потом, быть может, и подумал бы о трансплантации, — говорит он. — Но если до этого мне вдруг предложат пересадку, я вряд ли откажусь от такой возможности».

Проведена первая в мире операция по вживлению полностью автономного искусственного сердца — Наука

ПАРИЖ, 21 декабря. /Корр.ИТАР-ТАСС Михaил Тимофеев/. Во Франции проведена первая в мире операция по вживлению полностью автономного искусственного сердца новой конструкции. Об этом сообщила французская компания «Кармат», созданная знаменитым кардиохирургом Аленом Карпантье и разработавшая несколько лет назад это уникальное устройство.

Оно отличается от других моделей искусственных сердец тем, что не требует регулировки функционирования извне при изменении интенсивности физической нагрузки человека. Новое сердце, разработанное с помощью специалистов авиационно- космического концерна ЕАДС и ряда других высокотехнологичных французских компаний, работает практически так же, как биологическое. Датчики давления и высоты, используемые в авиации, снимают информацию о потоке крови в сердце, благодаря этому искусственный орган реагирует практически мгновенно, увеличивая или уменьшая ток крови.

Хирургическая операция была проведена группой специалистов под руководством Алена Карпантье в парижском госпитале имени Жоржа Помпиду. Прооперированный пациент-мужчина страдал острой формой сердечной недостаточности, создававшей реальную угрозу для его жизни. Не исключалось, что без операции он скончался бы уже через месяц. В настоящее время пациент находится в реанимации и состояние его, как свидетельствуют врачи, «нормальное» и «стабильное».

По данным медиков, «в ближайшие недели и месяцы» в трех госпиталях Франции будут сделаны еще несколько аналогичных операций по вживлению искусственного сердца.

Разработка уникального устройства потребовала около двадцати лет, «что не так уж много, учитывая крайнюю сложность проекта», сказал содиректор «Кармат» Филипп Пулетти. В настоящее время цена новой модели искусственного сердца, весящей 900 граммов, равна примерно 80 тыс евро.

По мнению разработчиков новинка медицины позволит спасать в год жизни десятков тысяч тяжело больных людей. Во Франции в год от сердечной недостаточности умирает около 32 тыс человек. Многие — так и не дождавшись пересадки сердца от донора.

Как уточнили представители компании «Кармат», если у предыдущих искусственных сердец было по одному насосу /то есть они могли заменить лишь одно предсердие и один желудочек сердца/, то в модели французской разработки насосов два. То есть искусственный орган может практически полностью заменить сердце, обеспечивая как малый, так и большой круги кровообращения.

«Это подлинная революция в кардиологии, — сказал Патрик Натаф, заведующий отделением сердечно-сосудистой хирургии парижского госпиталя «Биша». — Устройства подобного типа уже существовали, но они обеспечивали лишь относительную автономию реципиенту. Новое сердце позволит больным легче двигаться, меньшей является и опасность коагуляции. Все мировое медицинское сообщество с большим интересом будет наблюдать за результатами первых операций и проводимого на их основе исследования».

Министр здравоохранения Франции Марисоль Турэн сердечно поздравила медиков и инженеров с их «выдающимся достижением». «Франция может гордиться, потому что она стала первопроходцем в очень важной области здравоохранения, доказала, что она способна на важные научные инновации», — сказала министр. «Для тяжелых кардиологических больных открываются новые перспективы», — подчеркнула она.

Почему первое искусственное сердце украли перед операцией? Отрывок из книги кардиолога

«Сердце, которое мы не знаем: История важнейших открытий и будущее лечения сердечно-сосудистых заболеваний» — уже вторая книга Хайдера Варрайча, переведенная на русский язык за последние полгода. В первой, «Современной смерти», он рассуждал о прогрессе в медицине и возникающих этических проблемах, а тут пишет о том, из-за чего в наши дни жизнь заканчивается чаще всего.

Варрайч в красках рассказывает о пациентах, и книга не похожа на медицинский справочник. Один случай упомянут и в приведенном отрывке. Также в тексте говорится о южноафриканском хирурге Кристиане Барнарде, который первым трансплантировал сердце от человека человеку, и американцах Дентоне Кули и Майкле Дебейки: это они враждовали до глубокой старости и помирились всего за несколько месяцев до смерти Дебейки в возрасте 99 лет.

© Издательство «Альпина Паблишер»

У сердца при всех его чудесных свойствах есть своя ахиллесова пята: сердечная мышца очень плохо регенерирует. Единожды поврежденное сердце практически неспособно к восстановлению. Поэтому, хотя существуют препараты и процедуры, которые предотвращают возможное ухудшение работы сердца, поврежденному сердцу уже особо ничем не поможешь. Некоторым пациентам, конечно, может помочь пересадка сердца, но и тут возникает немало своих трудностей. Пациенты с трансплантатом должны принимать особые лекарства, подавляющие иммунную систему. Эти препараты не позволяют иммунной системе отторгать чужое сердце. Но, поскольку они ослабляют иммунитет, человек становится очень уязвимым для инфекций, как самых распространенных, так и очень редких. При этом такие лекарства нужно принимать методично, без малейших перебоев, долгие-долгие годы, поскольку без них последствия могут быть ужасными.

С тех пор как Питеру пересадили сердце, прошло уже немало лет. Он прожил с новым органом так долго, что достиг состояния, которого можно только пожелать всем людям с тяжелым заболеванием: счастливого забвения. С того самого момента, как шесть лет назад ему пересадили чужое сердце, Питер ни разу не возвращался в больницу. Он выполнял все необходимые назначения — и по всем признакам можно было сказать, что из своей беды он вышел победителем.

Поэтому, когда он поступил к нам с жалобой на то, что в последние несколько недель ему становится все труднее и труднее дышать, я был озадачен. Я спросил его, изменилось ли что-то в его жизни, и он ответил, что ничего такого ему на ум не приходит. Я спросил, принимает ли он свои иммуносупрессивные препараты, и он сказал, что да. При этом выглядел он вполне неплохо, но я уже знал, что с пациентами с трансплантатом надо быть внимательнее: их физиология настолько отлична от нормальной, что они часто не демонстрируют те признаки и симптомы, на которые обычно опираются врачи при постановке диагноза. Порой они даже не чувствуют боли при инфаркте, потому что у них пересечены сердечные нервы. Несколько недель назад ему сделали плановое УЗИ, судя по которому сердце работало нормально, но я решил перепроверить. И как только на нашем аппарате появились первые изображения, стало ясно, что о нормальной работе можно забыть: сердце Питера едва двигалось. Не было никаких сомнений, что его организм отторгает трансплантат.

На эту тему

Тогда я повернулся к Питеру и спросил его с более явным беспокойством в голосе, принимает ли он свои лекарства. И он признался, что последние несколько недель он их не принимал. Он сказал, что не мог их себе позволить.

«Простите», — повторял он снова и снова, хотя я пытался убедить его, что он ни в чем не виноват.

Я дал ему лошадиную дозу стероидов, чтобы быстро задавить его иммунную систему, но от этого, казалось, стало только хуже. Мы подсоединили его к аппарату, который отфильтровывал из его системы все агрессивные антитела, проснувшиеся в отсутствие защитного поля иммуносупрессивных лекарств, чтобы они перестали отторгать трансплантат. Но все усилия были тщетны: вскоре у Питера пропал пульс, его сердце перестало биться, и спустя час сердечно-легочной реанимации, всего через несколько часов после того, как он поступил в больницу, он скончался.

Хотя пережить операцию пересадки сердца и жить потом с донорским органом само по себе большое испытание, лишь малой доле пациентов, которым требуется трансплантация, удается в принципе дойти до этой стадии: большинству трансплантатов не хватает. И неудивительно, что по мере развития технологий, когда появились диализ, который поддерживает умирающие почки, и механическая вентиляция для больных легких, идеалом в сознании многих стало не донорское сердце, а еще лучший вариант — сердце, лишенное всех недостатков недолговечного живого органа. Так родилась идея полностью искусственного сердца.

Космическая эра возвеличила творения рук человеческих, а не природы. Ракеты вознесли людей выше неба и на Луну (наступит день, когда их смогут отправить и дальше), туда, где раньше обитали лишь бессмертные боги. Спроектированные людьми объекты смогли выдержать воздействие сил, которые бы в одно мгновение расплющили человеческое тело, и позволили нам выполнять невообразимые ранее задачи, например преодолевать звуковой барьер.

Вместе с тем трансплантация сердца развеяла тот мистический ореол, который всегда окружал этот орган. Она доказала, что это лишь насос — и ничего больше. Никакое это не вместилище души, не древнее хранилище человеческих эмоций, а просто мотор, и значит, можно спокойно взять с полки новый и поставить на место прежнего.

На эту тему

После того как малоизвестный южноафриканский хирург выиграл гонку на звание первого, кто провел трансплантацию сердца, перед кардиохирургией встала еще более высокая, еще более амбициозная цель. «Честно говоря, я сожалел о том, что не стал первым, — написал хирург из Хьюстона Дентон Кули. — Достижение Барнарда стало моим личным «Спутником». Через несколько дней после триумфа Барнарда Кули прислал ему телеграмму: «Поздравляю с вашим первым трансплантатом, Крис. Скоро я заявлю о своей первой сотне». Кули начал тоже заниматься пересадкой сердца, но он понимал, что шанс стать первым уже упущен. И потому был готов на все, чтобы стать первым хирургом, пересадившим человеку искусственное сердце. Даже если для этого придется украсть экспериментальное приспособление у своего соперника.

Однажды адвокат спросил на суде у Дентона Кули, лучший ли он кардиохирург в мире.

— Да, — ответил Кули.

— А вам не кажется, что это несколько нескромно?

— Возможно, — сказал Кули. — Но не забывайте, что я под присягой.

У других было о нем такое же впечатление. В своей автобиографии Кристиан Барнард поделился своими воспоминаниями о том, как стал свидетелем работы Кули: «Более красивой операции я в своей жизни не видел… Она текла, как полноводная река: неторопливо, без явной суеты, но ни на секунду не поворачивая вспять».

В 1969 г. Дентон Кули первым имплантировал человеку искусственное сердце. Но сам по себе этот факт не самая интересная часть истории.

Получив подготовку по хирургии в Университете Джонса Хопкинса, Кули вернулся в родной Хьюстон работать бок о бок с Майклом Дебейки, одним из самых известных хирургов своего времени. Дебейки стал одним из первых, кто провел в США коронарное шунтирование, а также одним из тех, кто впервые имплантировал вспомогательный левый желудочек, который помогает основной насосной камере сердца, но не заменяет его целиком. Дебейки считал, что будущее за ВЖУ (вспомогательное желудочковое устройство; вживляется для нагнетания крови в аорту — прим. ТАСС), которое обеспечивает сердцу частичную поддержку, а не за искусственным органом, который заменил бы собой сердце пациента. Работая совместно, Дебейки и Кули сделали несколько новых разработок, в том числе изобрели новые процедуры для устранения повреждений аорты и усовершенствовали аппараты искусственного кровообращения, которые обеспечивают кровообращение, пока идет операция на остановленном сердце. Однако со временем их отношения ухудшались, пока не достигли критической точки. В 1960 г. Кули покинул команду Дебейки и перешел в соседнюю больницу — тогда-то между ними и разгорелось их эпическое соперничество, которое продлилось несколько десятков лет. На обложку журнала Time, где позднее была опубликована эта история, была вынесена такая цитата из заявления больничного руководства: «Дентону надоело быть на вторых ролях».

На эту тему

Кули был под большим впечатлением от космической гонки и находил параллели между собственными устремлениями и чаяниями астронавтов и инженеров. В своих мемуарах он процитировал астронавта Юджина Сернана: «Одним из сходств между [первыми людьми на Луне и кардиохирургами] была сама природа исследуемых нами территорий: Луна была «почти что мифической областью» и давно служила религиозным и романтическим символом, а человеческое сердце, в свою очередь, традиционно считалось вместилищем души и эмоций».

Отчасти Кули подстегивала и геополитика — как и в космической гонке, так и здесь советские хирурги имели преимущество над американцами: к примеру, они опередили Дебейки в проведении первого коронарного шунтирования современными методами, а также имели значительный опыт по имплантации механических сердечных насосов собакам. «Это прозвучит несколько высокомерно, — сказал Кули в одном интервью, — но я не хотел, чтобы русские нас и здесь обошли, как было со «Спутником».

Впрочем, кажется, что Кули соревновался с Дебейки не меньше, чем с советскими кардиохирургами. Хотя Кули провел множество операций на сердце, Дебейки уже подошел гораздо ближе к внедрению полностью искусственного сердца. Он получил от Национальных институтов здравоохранения грант и создал за его счет экспериментальное сердце из пластика и искусственного трансплантационного материала, который до него также никто еще не использовал.

Кули хотел заполучить свой «Спутник» и видел, что для этого надо обставить и советских специалистов, и Дебейки. Поэтому, сговорившись с ассистентом Дебейки, он «изъял» одно из его искусственных сердец из его лаборатории. Дебейки ни разу не имплантировал свое устройство человеку, потому что обширные опыты на животных показали, что оно не слишком хорошо работает. Но Кули это не остановило. «В то время я считал себя самым опытным кардиохирургом в мире, тут не было никаких сомнений, — рассказал он в видеоинтервью. — Мне не нужно было практиковаться на сворах собак и кошек в лаборатории Бэйлора [Бэйлорского медицинского колледжа]».

Он нашел пациента, готового испытать судьбу, — 47-летнего Хэскелла Карпа из Иллинойса, который специально приехал в Хьюстон в надежде, что Дентон Кули заменит ему три из четырех клапанов его крайне нездорового сердца. Кули сказал Карпу, что, если изначально запланированная операция не будет успешной, ему поставят полностью искусственное сердце, которое позволит дотянуть до того момента, когда появится доступный донорский орган. Карп знал, что станет первым пациентом, которому имплантируют искусственное сердце, но он был очень давно болен и не видел других возможностей.

На эту тему

Когда Карпа привезли в операционную, он уже был на пороге смерти, и, едва увидев перед собой его обнаженное сердце, Кули понял, что Карп точно не переживет операцию по замене клапанов. «Что лучше: дать пациенту умереть на операционном столе или попытаться спасти его жизнь любым способом? — написал Кули в своих мемуарах «100 000 сердец» (100,000 Hearts). — Я решил обратиться к нашему запасному плану».

Кули вырезал из груди Карпа его больное сердце и присоединил к сосудам пластиковый насос. Когда искусственное сердце включили и оно начало заполняться кровью, «мы со всей командой затаили дыхание, — написал Кули. — Мы испытали огромное облегчение, когда оно начало качать кровь почти как естественное сердце».

В отличие от многих, Кули относился к сердцу бесстрастно. «Сердце — это всего лишь насос, — сказал он в одном интервью, — это гораздо более простое устройство, чем печень и почки, которые выполняют в организме множество функций, в то время как у сердца всего одна функция — качать кровь и проталкивать ее по системе кровообращения». Сердце лишь прислужник мозга. «Если не стало мозга, сердце остается без работы, — сказал Кули на конференции в Южной Африке. — Тогда нужно найти ему новое место».

Карп прожил с механическим насосом всего три дня, после чего тот перестал работать, и тогда Кули трансплантировал пациенту живое сердце. Через 36 часов Карп умер. Кули резко критиковали и в Бэйлоре, и в Американской коллегии хирургов. «Он хотел обеспечить себе звание первого, кто имплантировал пациенту искусственное сердце, — позже сказал Дебейки в одном интервью. — Я никогда этого не понимал — по мне, это были просто непомерные амбиции». Однако Кули никогда не сожалел о своем решении использовать устройство и спустя десятки лет написал в своих мемуарах: «Я вижу глаза [Хэскелла Карпа], обрамленные темной оправой очков, которые он всегда носил, и вспоминаю ту веру и надежду, с которыми он относился ко мне и медицинской науке».

Дентон Кули умер в 2016 г., оставив после себя неоспоримо важное наследие: его работа повлекла за собой последовательные улучшения в сфере кардиохирургии и помогла повысить степень безопасности операций для пациентов всего мира. Незадолго до смерти он объяснил уникальность сердца следующим образом: «Сердце реально видишь за работой». В отличие от мозга, печени или почек, которые выполняют свои сложные задачи с бюрократической неприметностью, сердце — неугомонный труженик, каждое движение которого отдается эхом в организме, для которого оно бьется. Оно незамысловато, но своей харизмой превосходит все другие органы.

После кончины Кули все пошло наперекосяк: больница, которую Кули превратил в один из крупнейших центров трансплантации сердца в мире, недавно столкнулась с серьезными трудностями. Лежавшие там реципиенты трансплантатов сталкивались со столь негативными последствиями пересадки, что федеральное финансирование программы было отменено. Пересадка сердца — один из самых рискованных и масштабных проектов, за которые когда-либо брался род человеческий. Возможно, именно поэтому Кули так стремился разработать полностью искусственное сердце.

Но, к его огромному разочарованию, полностью искусственное сердце пока так и не стало частью нашей жизни. А вот то, на что делал ставку Дебейки, — частичная поддержка все еще самостоятельно работающего сердца человека при помощи вспомогательного желудочкового устройства (ВЖУ), — снискало огромную популярность.

Эволюция искусственных сердец: обзор и история

Abstract

Сердце — мышечный орган, перекачивающий кровь по кровеносным сосудам к различным органам тела. Это самый важный и жизненно важный орган человеческого тела. Без этого органа невозможно представить жизнь. Врачи и ученые давно пытаются создать нечто подобное или эквивалентное сердцу. Цель состоит в том, чтобы разработать временный аппарат или насос для человека, у которого болезнь сердца, и его выживание без трансплантата невозможно.Эти временные устройства могут дать пациенту достаточно времени, пока донорское сердце не станет доступным. Цель этого обзора — предоставить обзор и историю того, как человек разработал искусственное сердце для выживания.

Ключевые слова: Сердце, Искусственное сердце, Эволюция

Введение

Сердце — важнейший орган человеческого тела. Он транспортирует кровь к различным частям нашего тела и, что наиболее важно, сохраняет нам жизнь. На сегодняшний день основной причиной смерти являются болезни сердца, и ежегодно от этого умирает около 600 000 человек [1].Кроме того, от сердечной недостаточности страдают около 20 миллионов человек исключительно в США и Европе [2]. Ежегодно примерно у 100 000 человек диагностируется прогрессирующая сердечная недостаточность [2]. Если сердечная недостаточность перешла в запущенную стадию, «60-94%» пациентов умирают через 1 год [2]. Благодаря этой статистике, сердце стало проблемой как для врачей, так и для ученых. На рынке есть много лекарств для лечения сердечных заболеваний, но как только болезнь достигает определенной фазы, лекарства могут делать только это.Единственный вариант, который остается после лекарств — трансплантация. Затем пациентов оставляют ждать в списке доноров, но некоторые не дожидаются трансплантации. Кроме того, в год для пациентов доступно чуть более 2000 сердец, но более 3000 пациентов ждут трансплантации [2, 3]. На протяжении последнего столетия многие врачи воплотили свои теории о сердце в новые технологии, спасающие жизнь. За прошедшие годы эти теории привели к созданию того, что сегодня известно как искусственное сердце.

Обзор литературы и обсуждения

Теория «механической поддержки кровообращения» была впервые выдвинута Жюльеном Жаном Сезаром ЛеГалуа в 1812 году [4]. Однако его гипотеза не станет реальностью до 21 века. Спустя почти столетие после появления теории ЛеГаллуа непредвиденная пара Чарльза Линдберга и Алексиса Карреля объединила свои усилия для развития механической поддержки кровообращения в 1920-х годах. Линдберг был изобретателем, который сегодня известен в основном как авиатор, который летал над Атлантикой, а Каррел был хирургом, получившим Нобелевскую премию за свои инновации в трансплантации органов [5].Каррел не был уверен, что во время операции на сердце внешний насос крови может поддерживать человеческое тело. Линдберг проанализировал проблемы, с которыми столкнулся Каррел, и создал несколько собственных насосов для крови, которые оказались безуспешными. Ему потребовалось несколько лет, но в конце концов он создал действительно работающий насос для крови. Линдберг также создал центрифугу, которая могла надежно отделить плазму крови. После этого нововведения Каррел и Линдберг создали «искусственное сердцевидное устройство in vitro, » для поддержания жизни органов при извлечении из организма [6].Некоторые органы, которые они удалили, были почками, сердцем, щитовидной железой и яичниками. После удаления за этими органами наблюдали за их развитием и функцией [6]. Ранние инновации, такие как внешний насос для крови и устройство, подобное устройству искусственного сердца, привели в движение желание создать полностью искусственное сердце.

Впоследствии, в 1937 году, доктор Владимир П. Демихов разработал устройство тотального искусственного сердца (ТАГ) и выполнил первую в мире операцию коронарного шунтирования и внутригрудную трансплантацию [7, 8].Разработанный им TAH состоял из двух насосов, которые приводились в действие «внешним двигателем с чрескожным приводным валом» [8]. Это устройство было трансплантировано собаке, которая ожила через 5,5 ч после операции. Его эксперименты были первыми в этом роде, и в основном он проводился на собаках. В 1946 году доктор Демихов одновременно пересадил сердце и легкое, что оказалось успешным. Он смог сделать эти операции без искусственного кровообращения. Вместо искусственного кровообращения Dr.Демихов быстро провел операцию и применил собственный метод сохранения органов при трансплантации. В июне 1946 года он выполнил гетеротопическую трансплантацию сердце-легкое собаке в течение 9,5 часов, что стало важной вехой в его экспериментах. Животные, на которых экспериментировал доктор Демихов, обычно выживали через 30 дней после операции. Донорские препараты «сердце-легкие» доктора Демихова были сохранены во время трансплантации с использованием «замкнутой циркуляции» [7]. «Кровь из левого желудочка закачивалась в аорту; затем через коронарные сосуды, снабжавшие миокард, он прошел в правое предсердие, правый желудочек и легкие, где кровь подверглась реоксигенации и вернулась в левое предсердие »[7].В июле 1953 года он достиг важной вехи, выполнив первую успешную операцию коронарного шунтирования на собаке. Международное общество трансплантации сердца и легких наградило доктора Демихова «первой премией пионеров» в 1989 г. за «разработку внутригрудной трансплантации и использование искусственного сердца» [7]. Подводя итог, можно сказать, что доктор Демихов был пионером, который претворил в жизнь свои идеи о сердце, которые сейчас регулярно используются в медицине.

Через несколько лет после доктора Демихова в 1939 г.Джон Х. Гиббон-младший из Соединенных Штатов помогал другому врачу в экстренной эмболэктомии легочной артерии, когда пациент потерял сознание из-за удаления тромбов во время операции на открытом сердце. Он думал, что если бы было какое-то устройство, которое могло бы удалить кровь из тела пациента, избегая попадания в легкие, насыщать тело кислородом, а затем возвращаться в сердце, пациент все еще был бы жив. Это событие подогрело его страсть к созданию аппарата искусственного кровообращения [9, 10]. В течение следующих нескольких лет Dr.Гиббон ​​разработал прибор, который был исследован на лабораторных крысах. Лабораторные крысы пережили эксперименты с общей перфузией тела, и это исследование было опубликовано в 1939 году. Спустя годы доктор Гиббон ​​продолжил работу в Медицинском колледже Джефферсона, где он объединился с IBM для работы над своим устройством, которое после разработки было представлено как IBM Model I. Это устройство было успешным при использовании на собаках; однако использование было ограничено на людях. В 1952 году было выпущено устройство «сердце-легкие» модели II для использования на людях.Хотя аппарат был хорошо спроектирован, младенец чуть старше года, первый пациент, умер во время операции. В 1953 году это устройство было использовано еще у двоих детей, которые также умерли. После этого доктор Гиббон ​​прекратил все работы с устройством. В июле 1954 г., после дальнейших исследований тромбов и кровопотери, устройство было модернизировано, и IBM выпустила модель III [9, 10]. Однако доктор Гиббон ​​уже поделился своим устройством с клиникой Майо в 1953 году, и они продолжили продвигать устройство, назвав его «оксигенатором типа Майо Гиббона», который помог спасти сотни пациентов [9, 10].

В 1948 году Уильям Х. Сьюэлл-младший, студент-медик Йельского университета, попытался создать искусственное сердце для своей диссертации, чтобы закончить медицинскую школу. Доктор Сьюэлл видел, как доктор Гиббон ​​и другие продвинулись в кардиологии. Доктор Гиббон ​​в основном создал аппарат искусственного кровообращения, который функционировал вместо сердца и легких во время операций на сердце; однако, когда доктор Сьюэлл начал свои исследования, никаких операций на сердце с использованием насоса-оксигенатора не проводилось [11]. Он думал, что легкие пациента можно использовать для насыщения крови кислородом во время операции на сердце, и в результате вместо сердца потребуется только один или пара насосов.Доктор Сьюэлл сконструировал свой насос так, чтобы он проходил вокруг правой части сердца [11]. В своих первых испытаниях он не увенчался успехом. Его эксперименты провалились, потому что он не мог протолкнуть кровь по резиновым трубкам с помощью роликового насоса. Затем он решил использовать сжатый газ для создания силы. Доктор Сьюэлл также изучил методы, которые использовали разные исследователи, но они также не перемещали кровь через насосную камеру [11]. Затем доктор Сьюэлл сконструировал «насос с пневматическим приводом» [11]. Этот насос состоял из «трубчатой ​​стеклянной насосной камеры с боковым рычагом, подключенным к источнику сжатого воздуха и вакуума, и резиновой камеры, сделанной из усиленной трубки Пенроуза, удерживаемой на месте перфорированными резиновыми пробками» [11].Насосная камера была защищена клапанами с резиновыми откидными створками, и кровь отсасывалась из правого предсердия в легочную артерию через канюлю. Эксцентриковые кулачки и утяжеленные рычаги с лопастями управляли синхронизацией сжатого воздуха и всасывания, так как лопасти останавливались и освобождали маленькие резиновые трубки, что в результате приводило к сжатому воздуху и источникам вакуума [11]. Этот метод оказался успешным для помпы доктора Сьюэлла, и он получил за это достижение премию своей диссертации в своей медицинской школе.

Следуя по стопам своих предшественников, Dr.Тецузо Акуцу и доктор Виллем Колфф из клиники Кливленда в США были первыми, кто успешно имплантировал TAH животному, которое продолжало жить 1,5 часа в 1957 году. Оба эти доктора были экспертами в разработке TAH и получили множество похвал. [12]. Несколько лет спустя, в 1952 году, Доминго Лиотта из Аргентины создал свои собственные модели, похожие на модели доктора Тецузо и доктора Колффа. Его модели увеличили время выживания до 13 часов [8]. Затем Лиотта начал работать с доктором Майклом Дебейки из Университета Бэйлора в США, который в 1983 году разработал устройство с роликовым насосом, которое могло непрерывно переливать кровь [4].В 1963 году Лиотта выполнил «первую клиническую имплантацию пульсирующего вспомогательного устройства для левого желудочка» [8]. Несколько лет спустя, в 1969 году, доктор Дентон Кули выполнил «первую трансплантацию TAH» человеку [8]. Доктор Кули также работал с Доминго Лиоттой. Они вместе работали над созданием искусственного сердца, которое изначально создал Лиотта [13]. Силастик, содержащий дакрон, создавал эластичный барьер сердца [13]. Сетчатая текстура использовалась для имитации сосудистых трансплантатов. Бесшарнирные клапаны Wada-Cutter использовались из-за их широкого открытия, что обеспечивало легкий поток.С этими клапанами были некоторые проблемы, которые оказались полезными, потому что клапаны вызвали извержение, которое сдерживало образование тромба. По иронии судьбы, образование тромба было проблемой для всех TAH, появившихся после этого. Затем доктор Кули и Лиотта обратились за советом к инженеру по созданию «консоли с пневматическим приводом» [13]. «Консоль с пневмоприводом» позволила использовать их новую конструкцию искусственного сердца на людях [13]. После этого это устройство было имплантировано 47-летнему мужчине, который был почти выведен из строя и страдал от сердечных приступов в течение 10 лет.Этот пациент получил это устройство, первое TAH в 1969 году, и поначалу оно казалось нормальным; однако его функция почек начала снижаться, и начался гемолиз [13]. Донор должен был быть найден для трансплантации человеческого сердца через 64 ​​часа после первой операции, и пациент умер через 32 часа после трансплантации человеческого сердца из-за пневмонии. Пациент умер в основном из-за анти-отторжения. Хотя пациент умер, доктор Кули узнал, что человеческое кровообращение с помощью механического устройства потенциально может быть успешным [13].

На временной шкале развития искусственного сердца следующие люди были предметом споров. Пол Винчелл утверждает, что он был первым, кто изобрел искусственное сердце, и что доктор Роберт Ярвик скопировал его идеи, чтобы изобрести сердце Ярвика. Однако в ходе исследования было обнаружено, что он не был первым, потому что предыдущие патенты были поданы до Винчелла [14].

Доктор Роберт Ярвик известен своей работой над первым постоянным искусственным сердцем, которая оказалась успешной.Он получил наибольшее признание среди всех предыдущих изобретателей. В 1982 году хирурги из Университета Юты пересадили первое постоянное искусственное сердце 61-летнему пациенту по имени Барни Кларк. Доктор Виллем Колфф, о котором упоминалось ранее, возглавлял команду, работавшую над этим искусственным сердцем. Покинув клинику Кливленда в 1967 году, доктор Колфф поступил в Университет штата Юта. Именно там в 1971 году он встретил Роберта Ярвика и нанял его в свой учебный коллектив, который работал над созданием искусственных органов.У доктора Колфф была традиция называть искусственные сердца именами исследователей, которые над ними работали. Роберт Ярвик работал над искусственным сердцем, и поэтому оно стало известно как Ярвик 7. Доктору Ярвику было всего 35 лет, когда мы прославились и получили всю заслугу за это изобретение просто потому, что оно было названо в его честь и О докторе Колффе забыли [15]. Перед первой успешной трансплантацией в 1982 году Jarvik 7 прошел клинические испытания. Барни Кларк, первый реципиент Джарвик-7, прожил 112 дней после трансплантации.Второй реципиент прожил 620 дней. У трех последующих реципиентов один умер от кровопотери, а двое других прожили 10 и 14 месяцев [16]. По сути, все пациенты умерли от различных осложнений, таких как полиорганная недостаточность, инсульт, инфекция и многие другие. Основная проблема с Jarvik 7 заключалась в том, что для лечения требовалась «большая пневматическая консоль», и поэтому пациент не мог покинуть больницу [16]. Это предостережение не позволит Jarvik 7 быть постоянным имплантатом искусственного сердца.

По сути, Jarvik 7 имел два «пневматических насоса», которые копировали функцию сердца со скоростью 40–120 ударов в минуту (ударов в минуту) [16]. Каждая камера имела «дискообразный механизм», сделанный из полиуретана, который проталкивал кровь через Jarvik 7 от впускного клапана к выпускному клапану [16]. Манжеты использовались для прикрепления Jarvik 7 к естественным предсердиям сердца. Манжеты крепились с помощью приводных линий, которые были изготовлены из армированного полиуретана. На приводные линии также было нанесено покрытие, способствующее росту тканей.Линии привода были вставлены через левую сторону пациента. Большой электронный блок размером с холодильник подавал питание на «Ярвик», позволяя ему работать. Этот блок также контролировал «скорость откачки, давление откачки и другие важные функции с помощью электричества, сжатого воздуха и вакуума» [16]. Позднее Jarvik 7 был переименован в Cardiowest Total Artificial Heart. Это связано с тем, что компания Symbion, которая изначально производила устройство, приостановила производство в 1990 году, поскольку не следовала требованиям FDA.Компания MedForte Research получила права от Symbion, а позже сформировала партнерство с Университетским медицинским центром в Тусоне, штат Аризона [17]. Эти две организации сформировали сердце CardioWest. Следовательно, в 1991 году Jarvik 7 был переименован в Cardiowest Total Artificial Heart [16, 17]. В 2004 г. Cardiowest TAH получил одобрение FDA на применение показаний к трансплантации [2]. Мост к трансплантации в основном означает, что искусственное сердце находится на месте только до тех пор, пока настоящее человеческое сердце не будет найдено для трансплантации.Несколько лет спустя CardioWest TAH был снова переименован в «SynCardia временный» TAH в 2010 году. Клинические испытания показали, что выживаемость составила «79% против 46%» по сравнению с контрольной группой [2, 18]. Выживаемость через 1 и 5 лет после трансплантации составила «86% и 64%» [2, 18]. Эти статистические данные оказались положительными при сравнении со статистикой Объединенной сети обмена органами [2].

После временной SynCardia появилась AbioCor TAH. Это первое «автономное внутреннее искусственное сердце» [19].Исследователи изучали и тестировали это устройство 30 лет. Клинические испытания начались в 2001 году, и в том же году устройство было имплантировано человеку [19]. AbioCor был одобрен FDA в 2006 году [19]. Уникальность этого устройства заключается в том, что оно не требует каких-либо подкожных подключений, а это означает, что этого пациента не нужно подключать к «внешним машинам для нагнетания воздуха через трубки или провода, пронизывающие поверхность кожи» [20]. AbioCor TAH весит 2 фунта и состоит из четырех частей, которые имплантируются в человеческое тело.Этими четырьмя частями являются: электронный контроллер, торакальный блок, литиевая батарея и устройство чрескожной передачи энергии (TET) [20]. Это также включает «два искусственных желудочка и соответствующие клапаны». Эта система имеет гидравлический насос, который приводится в действие двигателем и имитирует сердцебиение человека. Батарея, имплантированная в человеческое тело, непрерывно заряжается от TET и внешней батареи. TET передает энергию через кожу. Внутренняя батарея работает до 30 минут, а внешняя — до 4 часов.Следует отметить, что система AbioCor предназначена только для пациентов с бивентрикулярной сердечной недостаточностью [20]. Бивентрикулярная сердечная недостаточность возникает, когда левый и правый желудочки не перекачивают достаточное количество крови для поддержания организма [21]. По сути, FDA разрешило использовать AbioCor только в рамках исключения для гуманитарных устройств (HDE) [22]. После этого исключения только одному пациенту был трансплантирован AbioCor, который позже был снят с производства из-за осложнений, связанных с «тромбоэмболией и случаями отсасывания предсердий» [22].

В марте 2010 года SynCardia выпустила портативный драйвер свободы [23]. С этим устройством пациенты больше не будут находиться в больнице из-за большой пневматической консоли. Это даст пациентам свободу и возможность нормально жить после трансплантации искусственного сердца. После получения искусственного сердца пациенты обычно попадают в больницу в ожидании донора человеческого сердца. Это снижает качество жизни и требует затрат для пациентов.Кроме того, у больниц нет ресурсов для поддержания текущего протокола. Портативный драйвер Freedom весит 13 фунтов и представляет собой «поршневой пневмокомпрессор», который подает давление в TAH. Частота сердечных сокращений — единственный регулируемый параметр, который рассчитывается перед подключением к пациенту [24]. Частота сердечных сокращений предназначена для частичного заполнения желудочков. Таким образом, выход TAH производит эффект Фрэнка Старлинга. Эффект Фрэнка Старлинга — это когда «ударный объем» сердца увеличивается из-за того, что сердце наполнилось кровью [25].Дополнительное количество крови заставляет стенку желудочка расширяться, что, в свою очередь, заставляет сердечную мышцу интенсивно сокращаться [25]. После ответа Фрэнка Старлинга электродвигатели внутри устройства толкают поршень, чтобы обеспечить избыточное резервирование [24]. Пациент может легко зарядить портативный водитель Freedom от любой электрической розетки, даже через вспомогательный порт автомобиля. У пациентов даже есть возможность купаться с помощью этого устройства. В приборе используются литиевые батареи, срок службы которых составляет 3 часа [24]. Это уникальное устройство позволяет получателям TAH быть амбулаторными пациентами во время ожидания донора человеческого сердца.Их больше не будут ограничивать в больнице.

Следует отметить, что, хотя искусственное сердце — удивительное достижение, которое было сделано, оно также стоит очень дорого. Это может стоить от 190 000 до 220 000 долларов [26]. Более чем 600 пациентам была трансплантирована SynCardia TAH [18]. Это количество очень важно по сравнению с почти 15 пациентами, получившими AbioCor TAH [18, 22]. SynCardia является наиболее часто используемым TAH, составляющим 93% от мирового использования этого устройства [18].Это наиболее успешный TAH, превышающий «116 пациенто-лет поддержки устройств» [18].

Эволюция искусственных сердец: обзор и история

Abstract

Сердце — мышечный орган, перекачивающий кровь по кровеносным сосудам к различным органам тела. Это самый важный и жизненно важный орган человеческого тела. Без этого органа невозможно представить жизнь. Врачи и ученые давно пытаются создать нечто подобное или эквивалентное сердцу.Цель состоит в том, чтобы разработать временный аппарат или насос для человека, у которого болезнь сердца, и его выживание без трансплантата невозможно. Эти временные устройства могут дать пациенту достаточно времени, пока донорское сердце не станет доступным. Цель этого обзора — предоставить обзор и историю того, как человек разработал искусственное сердце для выживания.

Ключевые слова: Сердце, Искусственное сердце, Эволюция

Введение

Сердце — важнейший орган человеческого тела.Он транспортирует кровь к различным частям нашего тела и, что наиболее важно, сохраняет нам жизнь. На сегодняшний день основной причиной смерти являются болезни сердца, и ежегодно от этого умирает около 600 000 человек [1]. Кроме того, от сердечной недостаточности страдают около 20 миллионов человек исключительно в США и Европе [2]. Ежегодно примерно у 100 000 человек диагностируется прогрессирующая сердечная недостаточность [2]. Если сердечная недостаточность перешла в запущенную стадию, «60-94%» пациентов умирают через 1 год [2]. Благодаря этой статистике, сердце стало проблемой как для врачей, так и для ученых.На рынке есть много лекарств для лечения сердечных заболеваний, но как только болезнь достигает определенной фазы, лекарства могут делать только это. Единственный вариант, который остается после лекарств — трансплантация. Затем пациентов оставляют ждать в списке доноров, но некоторые не дожидаются трансплантации. Кроме того, в год для пациентов доступно чуть более 2000 сердец, но более 3000 пациентов ждут трансплантации [2, 3]. На протяжении последнего столетия многие врачи воплотили свои теории о сердце в новые технологии, спасающие жизнь.За прошедшие годы эти теории привели к созданию того, что сегодня известно как искусственное сердце.

Обзор литературы и обсуждения

Теория «механической поддержки кровообращения» была впервые выдвинута Жюльеном Жаном Сезаром ЛеГалуа в 1812 году [4]. Однако его гипотеза не станет реальностью до 21 века. Спустя почти столетие после появления теории ЛеГаллуа непредвиденная пара Чарльза Линдберга и Алексиса Карреля объединила свои усилия для развития механической поддержки кровообращения в 1920-х годах.Линдберг был изобретателем, который сегодня известен в основном как авиатор, который летал над Атлантикой, а Каррел был хирургом, получившим Нобелевскую премию за свои инновации в трансплантации органов [5]. Каррел не был уверен, что во время операции на сердце внешний насос крови может поддерживать человеческое тело. Линдберг проанализировал проблемы, с которыми столкнулся Каррел, и создал несколько собственных насосов для крови, которые оказались безуспешными. Ему потребовалось несколько лет, но в конце концов он создал действительно работающий насос для крови.Линдберг также создал центрифугу, которая могла надежно отделить плазму крови. После этого нововведения Каррел и Линдберг создали «искусственное сердцевидное устройство in vitro, » для поддержания жизни органов при извлечении из организма [6]. Некоторые органы, которые они удалили, были почками, сердцем, щитовидной железой и яичниками. После удаления за этими органами наблюдали за их развитием и функцией [6]. Ранние инновации, такие как внешний насос для крови и устройство, подобное устройству искусственного сердца, привели в движение желание создать полностью искусственное сердце.

Впоследствии, в 1937 году, доктор Владимир П. Демихов разработал устройство тотального искусственного сердца (ТАГ) и выполнил первую в мире операцию коронарного шунтирования и внутригрудную трансплантацию [7, 8]. Разработанный им TAH состоял из двух насосов, которые приводились в действие «внешним двигателем с чрескожным приводным валом» [8]. Это устройство было трансплантировано собаке, которая ожила через 5,5 ч после операции. Его эксперименты были первыми в этом роде, и в основном он проводился на собаках.В 1946 году доктор Демихов одновременно пересадил сердце и легкое, что оказалось успешным. Он смог сделать эти операции без искусственного кровообращения. Вместо искусственного кровообращения доктор Демихов быстро провел операцию и применил собственный метод сохранения органов во время трансплантации. В июне 1946 года он выполнил гетеротопическую трансплантацию сердце-легкое собаке в течение 9,5 часов, что стало важной вехой в его экспериментах. Животные, на которых экспериментировал доктор Демихов, обычно выживали через 30 дней после операции.Донорские препараты «сердце-легкие» доктора Демихова были сохранены во время трансплантации с использованием «замкнутой циркуляции» [7]. «Кровь из левого желудочка закачивалась в аорту; затем через коронарные сосуды, снабжавшие миокард, он прошел в правое предсердие, правый желудочек и легкие, где кровь подверглась реоксигенации и вернулась в левое предсердие »[7]. В июле 1953 года он достиг важной вехи, выполнив первую успешную операцию коронарного шунтирования на собаке.Международное общество трансплантации сердца и легких наградило доктора Демихова «первой премией пионеров» в 1989 г. за «разработку внутригрудной трансплантации и использование искусственного сердца» [7]. Подводя итог, можно сказать, что доктор Демихов был пионером, который претворил в жизнь свои идеи о сердце, которые сейчас регулярно используются в медицине.

Через несколько лет после доктора Демихова в 1939 году доктор Джон Х. Гиббон-младший из Соединенных Штатов помогал другому врачу в экстренной эмболэктомии легочной артерии, когда пациент потерял сознание из-за удаления тромбов во время операции на открытом сердце. .Он думал, что если бы было какое-то устройство, которое могло бы удалить кровь из тела пациента, избегая попадания в легкие, насыщать тело кислородом, а затем возвращаться в сердце, пациент все еще был бы жив. Это событие подогрело его страсть к созданию аппарата искусственного кровообращения [9, 10]. В течение следующих нескольких лет доктор Гиббон ​​разработал устройство, которое было исследовано на лабораторных крысах. Лабораторные крысы пережили эксперименты по общей перфузии тела, и это исследование было опубликовано в 1939 году.Гиббон ​​продолжал работать в Медицинском колледже Джефферсона, где он объединился с IBM для работы над своим устройством, которое после разработки было представлено как IBM Model I. Это устройство было успешным при использовании на собаках; однако использование было ограничено на людях. В 1952 году было выпущено устройство «сердце-легкие» модели II для использования на людях. Хотя аппарат был хорошо спроектирован, младенец чуть старше года, первый пациент, умер во время операции. В 1953 году это устройство было использовано еще у двоих детей, которые также умерли.После этого доктор Гиббон ​​прекратил все работы с устройством. В июле 1954 г., после дальнейших исследований тромбов и кровопотери, устройство было модернизировано, и IBM выпустила модель III [9, 10]. Однако доктор Гиббон ​​уже поделился своим устройством с клиникой Майо в 1953 году, и они продолжили продвигать устройство, назвав его «оксигенатором типа Майо Гиббона», который помог спасти сотни пациентов [9, 10].

В 1948 году Уильям Х. Сьюэлл-младший, студент-медик Йельского университета, попытался создать искусственное сердце для своей диссертации, чтобы закончить медицинскую школу.Доктор Сьюэлл видел, как доктор Гиббон ​​и другие продвинулись в кардиологии. Доктор Гиббон ​​в основном создал аппарат искусственного кровообращения, который функционировал вместо сердца и легких во время операций на сердце; однако, когда доктор Сьюэлл начал свои исследования, никаких операций на сердце с использованием насоса-оксигенатора не проводилось [11]. Он думал, что легкие пациента можно использовать для насыщения крови кислородом во время операции на сердце, и в результате вместо сердца потребуется только один или пара насосов. ДокторСьюэлл сконструировал свой насос так, чтобы он проходил вокруг правой части сердца [11]. В своих первых испытаниях он не увенчался успехом. Его эксперименты провалились, потому что он не мог протолкнуть кровь по резиновым трубкам с помощью роликового насоса. Затем он решил использовать сжатый газ для создания силы. Доктор Сьюэлл также изучил методы, которые использовали разные исследователи, но они также не перемещали кровь через насосную камеру [11]. Затем доктор Сьюэлл сконструировал «насос с пневматическим приводом» [11]. Этот насос состоял из «трубчатой ​​стеклянной насосной камеры с боковым рычагом, подключенным к источнику сжатого воздуха и вакуума, и резиновой камеры, сделанной из усиленной трубки Пенроуза, удерживаемой на месте перфорированными резиновыми пробками» [11].Насосная камера была защищена клапанами с резиновыми откидными створками, и кровь отсасывалась из правого предсердия в легочную артерию через канюлю. Эксцентриковые кулачки и утяжеленные рычаги с лопастями управляли синхронизацией сжатого воздуха и всасывания, так как лопасти останавливались и освобождали маленькие резиновые трубки, что в результате приводило к сжатому воздуху и источникам вакуума [11]. Этот метод оказался успешным для помпы доктора Сьюэлла, и он получил за это достижение премию своей диссертации в своей медицинской школе.

Следуя по стопам своих предшественников, Dr.Тецузо Акуцу и доктор Виллем Колфф из клиники Кливленда в США были первыми, кто успешно имплантировал TAH животному, которое продолжало жить 1,5 часа в 1957 году. Оба эти доктора были экспертами в разработке TAH и получили множество похвал. [12]. Несколько лет спустя, в 1952 году, Доминго Лиотта из Аргентины создал свои собственные модели, похожие на модели доктора Тецузо и доктора Колффа. Его модели увеличили время выживания до 13 часов [8]. Затем Лиотта начал работать с доктором Майклом Дебейки из Университета Бэйлора в США, который в 1983 году разработал устройство с роликовым насосом, которое могло непрерывно переливать кровь [4].В 1963 году Лиотта выполнил «первую клиническую имплантацию пульсирующего вспомогательного устройства для левого желудочка» [8]. Несколько лет спустя, в 1969 году, доктор Дентон Кули выполнил «первую трансплантацию TAH» человеку [8]. Доктор Кули также работал с Доминго Лиоттой. Они вместе работали над созданием искусственного сердца, которое изначально создал Лиотта [13]. Силастик, содержащий дакрон, создавал эластичный барьер сердца [13]. Сетчатая текстура использовалась для имитации сосудистых трансплантатов. Бесшарнирные клапаны Wada-Cutter использовались из-за их широкого открытия, что обеспечивало легкий поток.С этими клапанами были некоторые проблемы, которые оказались полезными, потому что клапаны вызвали извержение, которое сдерживало образование тромба. По иронии судьбы, образование тромба было проблемой для всех TAH, появившихся после этого. Затем доктор Кули и Лиотта обратились за советом к инженеру по созданию «консоли с пневматическим приводом» [13]. «Консоль с пневмоприводом» позволила использовать их новую конструкцию искусственного сердца на людях [13]. После этого это устройство было имплантировано 47-летнему мужчине, который был почти выведен из строя и страдал от сердечных приступов в течение 10 лет.Этот пациент получил это устройство, первое TAH в 1969 году, и поначалу оно казалось нормальным; однако его функция почек начала снижаться, и начался гемолиз [13]. Донор должен был быть найден для трансплантации человеческого сердца через 64 ​​часа после первой операции, и пациент умер через 32 часа после трансплантации человеческого сердца из-за пневмонии. Пациент умер в основном из-за анти-отторжения. Хотя пациент умер, доктор Кули узнал, что человеческое кровообращение с помощью механического устройства потенциально может быть успешным [13].

На временной шкале развития искусственного сердца следующие люди были предметом споров. Пол Винчелл утверждает, что он был первым, кто изобрел искусственное сердце, и что доктор Роберт Ярвик скопировал его идеи, чтобы изобрести сердце Ярвика. Однако в ходе исследования было обнаружено, что он не был первым, потому что предыдущие патенты были поданы до Винчелла [14].

Доктор Роберт Ярвик известен своей работой над первым постоянным искусственным сердцем, которая оказалась успешной.Он получил наибольшее признание среди всех предыдущих изобретателей. В 1982 году хирурги из Университета Юты пересадили первое постоянное искусственное сердце 61-летнему пациенту по имени Барни Кларк. Доктор Виллем Колфф, о котором упоминалось ранее, возглавлял команду, работавшую над этим искусственным сердцем. Покинув клинику Кливленда в 1967 году, доктор Колфф поступил в Университет штата Юта. Именно там в 1971 году он встретил Роберта Ярвика и нанял его в свой учебный коллектив, который работал над созданием искусственных органов.У доктора Колфф была традиция называть искусственные сердца именами исследователей, которые над ними работали. Роберт Ярвик работал над искусственным сердцем, и поэтому оно стало известно как Ярвик 7. Доктору Ярвику было всего 35 лет, когда мы прославились и получили всю заслугу за это изобретение просто потому, что оно было названо в его честь и О докторе Колффе забыли [15]. Перед первой успешной трансплантацией в 1982 году Jarvik 7 прошел клинические испытания. Барни Кларк, первый реципиент Джарвик-7, прожил 112 дней после трансплантации.Второй реципиент прожил 620 дней. У трех последующих реципиентов один умер от кровопотери, а двое других прожили 10 и 14 месяцев [16]. По сути, все пациенты умерли от различных осложнений, таких как полиорганная недостаточность, инсульт, инфекция и многие другие. Основная проблема с Jarvik 7 заключалась в том, что для лечения требовалась «большая пневматическая консоль», и поэтому пациент не мог покинуть больницу [16]. Это предостережение не позволит Jarvik 7 быть постоянным имплантатом искусственного сердца.

По сути, Jarvik 7 имел два «пневматических насоса», которые копировали функцию сердца со скоростью 40–120 ударов в минуту (ударов в минуту) [16]. Каждая камера имела «дискообразный механизм», сделанный из полиуретана, который проталкивал кровь через Jarvik 7 от впускного клапана к выпускному клапану [16]. Манжеты использовались для прикрепления Jarvik 7 к естественным предсердиям сердца. Манжеты крепились с помощью приводных линий, которые были изготовлены из армированного полиуретана. На приводные линии также было нанесено покрытие, способствующее росту тканей.Линии привода были вставлены через левую сторону пациента. Большой электронный блок размером с холодильник подавал питание на «Ярвик», позволяя ему работать. Этот блок также контролировал «скорость откачки, давление откачки и другие важные функции с помощью электричества, сжатого воздуха и вакуума» [16]. Позднее Jarvik 7 был переименован в Cardiowest Total Artificial Heart. Это связано с тем, что компания Symbion, которая изначально производила устройство, приостановила производство в 1990 году, поскольку не следовала требованиям FDA.Компания MedForte Research получила права от Symbion, а позже сформировала партнерство с Университетским медицинским центром в Тусоне, штат Аризона [17]. Эти две организации сформировали сердце CardioWest. Следовательно, в 1991 году Jarvik 7 был переименован в Cardiowest Total Artificial Heart [16, 17]. В 2004 г. Cardiowest TAH получил одобрение FDA на применение показаний к трансплантации [2]. Мост к трансплантации в основном означает, что искусственное сердце находится на месте только до тех пор, пока настоящее человеческое сердце не будет найдено для трансплантации.Несколько лет спустя CardioWest TAH был снова переименован в «SynCardia временный» TAH в 2010 году. Клинические испытания показали, что выживаемость составила «79% против 46%» по сравнению с контрольной группой [2, 18]. Выживаемость через 1 и 5 лет после трансплантации составила «86% и 64%» [2, 18]. Эти статистические данные оказались положительными при сравнении со статистикой Объединенной сети обмена органами [2].

После временной SynCardia появилась AbioCor TAH. Это первое «автономное внутреннее искусственное сердце» [19].Исследователи изучали и тестировали это устройство 30 лет. Клинические испытания начались в 2001 году, и в том же году устройство было имплантировано человеку [19]. AbioCor был одобрен FDA в 2006 году [19]. Уникальность этого устройства заключается в том, что оно не требует каких-либо подкожных подключений, а это означает, что этого пациента не нужно подключать к «внешним машинам для нагнетания воздуха через трубки или провода, пронизывающие поверхность кожи» [20]. AbioCor TAH весит 2 фунта и состоит из четырех частей, которые имплантируются в человеческое тело.Этими четырьмя частями являются: электронный контроллер, торакальный блок, литиевая батарея и устройство чрескожной передачи энергии (TET) [20]. Это также включает «два искусственных желудочка и соответствующие клапаны». Эта система имеет гидравлический насос, который приводится в действие двигателем и имитирует сердцебиение человека. Батарея, имплантированная в человеческое тело, непрерывно заряжается от TET и внешней батареи. TET передает энергию через кожу. Внутренняя батарея работает до 30 минут, а внешняя — до 4 часов.Следует отметить, что система AbioCor предназначена только для пациентов с бивентрикулярной сердечной недостаточностью [20]. Бивентрикулярная сердечная недостаточность возникает, когда левый и правый желудочки не перекачивают достаточное количество крови для поддержания организма [21]. По сути, FDA разрешило использовать AbioCor только в рамках исключения для гуманитарных устройств (HDE) [22]. После этого исключения только одному пациенту был трансплантирован AbioCor, который позже был снят с производства из-за осложнений, связанных с «тромбоэмболией и случаями отсасывания предсердий» [22].

В марте 2010 года SynCardia выпустила портативный драйвер свободы [23]. С этим устройством пациенты больше не будут находиться в больнице из-за большой пневматической консоли. Это даст пациентам свободу и возможность нормально жить после трансплантации искусственного сердца. После получения искусственного сердца пациенты обычно попадают в больницу в ожидании донора человеческого сердца. Это снижает качество жизни и требует затрат для пациентов.Кроме того, у больниц нет ресурсов для поддержания текущего протокола. Портативный драйвер Freedom весит 13 фунтов и представляет собой «поршневой пневмокомпрессор», который подает давление в TAH. Частота сердечных сокращений — единственный регулируемый параметр, который рассчитывается перед подключением к пациенту [24]. Частота сердечных сокращений предназначена для частичного заполнения желудочков. Таким образом, выход TAH производит эффект Фрэнка Старлинга. Эффект Фрэнка Старлинга — это когда «ударный объем» сердца увеличивается из-за того, что сердце наполнилось кровью [25].Дополнительное количество крови заставляет стенку желудочка расширяться, что, в свою очередь, заставляет сердечную мышцу интенсивно сокращаться [25]. После ответа Фрэнка Старлинга электродвигатели внутри устройства толкают поршень, чтобы обеспечить избыточное резервирование [24]. Пациент может легко зарядить портативный водитель Freedom от любой электрической розетки, даже через вспомогательный порт автомобиля. У пациентов даже есть возможность купаться с помощью этого устройства. В приборе используются литиевые батареи, срок службы которых составляет 3 часа [24]. Это уникальное устройство позволяет получателям TAH быть амбулаторными пациентами во время ожидания донора человеческого сердца.Их больше не будут ограничивать в больнице.

Следует отметить, что, хотя искусственное сердце — удивительное достижение, которое было сделано, оно также стоит очень дорого. Это может стоить от 190 000 до 220 000 долларов [26]. Более чем 600 пациентам была трансплантирована SynCardia TAH [18]. Это количество очень важно по сравнению с почти 15 пациентами, получившими AbioCor TAH [18, 22]. SynCardia является наиболее часто используемым TAH, составляющим 93% от мирового использования этого устройства [18].Это наиболее успешный TAH, превышающий «116 пациенто-лет поддержки устройств» [18].

История искусственного сердца

Первое искусственное сердце для человека было изобретено и запатентовано в 1950-х годах, но только в 1982 году работающее искусственное сердце Jarvik-7 было успешно имплантировано пациенту-человеку.

Ранние вехи

Как и многие медицинские инновации, первое искусственное сердце было имплантировано животному — в данном случае собаке.Советский ученый Владимир Демихов, пионер в области трансплантации органов, в 1937 году имплантировал собаке искусственное сердце (впрочем, это была не самая известная работа Демихова — сегодня его больше всего помнят за пересадку головы собакам).

Интересно, что первое запатентованное искусственное сердце было изобретено американцем Полом Уинчеллом, основным занятием которого был чревовещатель и комик. У Винчелла также было некоторое медицинское образование, и в его усилиях ему помогал Генри Хеймлих, которого помнят за неотложное лечение от удушья, которое носит его имя.Его творение так и не было использовано.

Искусственное сердце Лиотты-Кули было имплантировано пациенту в 1969 году в качестве временной меры; Через несколько дней его заменили донорским сердцем, но вскоре после этого пациент умер.

Ярвик 7

Сердце Ярвик-7 было разработано американским ученым Робертом Джарвиком и его наставником Виллемом Колффом.

В 1982 году дантист из Сиэтла доктор Барни Кларк был первым человеком, которому имплантировали Jarvik-7, первое искусственное сердце, рассчитанное на всю жизнь.Операцию провел американский кардиоторакальный хирург Уильям Де Вриз. Больная прожила 112 дней. «Это было тяжело, но само сердце бешено колотилось», — сказал Кларк через несколько месяцев после своей исторической операции.

Последующие итерации искусственного сердца имели дальнейший успех; например, второй пациент, получивший Jarvik-7, прожил 620 дней после имплантации. «Люди хотят нормальной жизни, и просто быть живым — недостаточно», — сказал Ярвик.

Несмотря на эти достижения, было имплантировано менее двух тысяч искусственных сердец, и эта процедура обычно используется в качестве моста до тех пор, пока не удастся закрепить донорское сердце. Сегодня наиболее распространенным искусственным сердцем является временное тотальное искусственное сердце SynCardia, на которое приходится 96% всех операций по пересадке искусственного сердца. И это не дешево, с ценой около 125000 долларов.

Как построить искусственное сердце

Фрейзер указал на большой металлический насос и на выступающую из него белую трубку — «длинный вход», — сказал он.Пока это не было исправлено, это обрекало устройство на неудачу. Небольшие различия, изменяемые итеративно, их эффекты раскрываются только после смерти. Это было изобретение в замедленной съемке.

AbioCor был отменен. До Bivacor осталось много лет. Сегодня единственная компания, производящая и продающая искусственные сердца, которые фактически имплантируются людям, — это SynCardia Systems из Тусона, штат Аризона. Компания была создана как спасательная миссия. Symbion, компания из Юты, которую помогал основать Роберт Джарвик, потеряла F.Д.А. одобрение сердца Ярвик-7 в 1990 году из-за проблем с контролем качества; его сердечная технология была приобретена другой фирмой, которая проводила десятилетние клинические испытания с улучшенной версией сердца, только чтобы исчерпать свое финансирование в 2001 году. Какое-то время казалось, что технология исчезнет с лица земли. Но два кардиохирурга и биомедицинский инженер сколотили вместе венчурный капитал, чтобы купить права на систему; они переименовали сердце в SynCardia Total Artificial Heart, или T.A.H. Компания, которая сейчас базируется в нескольких зданиях, окружающих песчаную автостоянку, продает где-то к северу от сотни сердец в год, все они произошли от старого образца Jarvik-7 с воздушным двигателем. Хотя SynCardia преуспела в создании сети хирургов, способных установить ее сердце, компания работает очень слабо. Несколько лет назад он был объявлен «Глава 11» и был куплен новыми инвесторами. Он справился с пандемией коронавируса, которая привела к отмене операций по всей стране, путем производства дезинфицирующего средства для рук.

Вместе с Карен Стамм, директором SynCardia по управлению программами, и Мэттом Шустером, инженером, я наблюдал через окно, как техник в чистой комнате собирает одно из сердец. «Ключ к созданию искусственного сердца — это материал, который мы используем», — сказал Шустер. «Сегментированный полиуретановый раствор. Вы слышите, как мы называем это «spuzz» — S.P.U.S. » Штамм рассмеялся. «На самом деле мы производим spus здесь, в кампусе», — продолжил Шустер. «Это наша собственная запатентованная смесь. Он выходит из нашего производственного оборудования почти как сок или густой мед.«Используя зубочистку, техник осторожно обработал слои формованного меда. Что-то полупрозрачное перемещается поверх другого полупрозрачного чего-то. Процесс сборки занимает две с половиной недели.

Мы прошли через лабораторию, посвященную «анализу эксплантов» — «Если мы вернем сердце, мы разберем его и осмотрим», — сказал Шустер, — мы попали в другую комнату, заполненную несколькими десятками резервуаров с водой на полках. Внутри каждого резервуара билось сердце; рядом с резервуарами находились воздушные насосы, или «приводы».Звук в комнате был оглушительным: быстрый, громкий буг-бум-бугорок , бум-бугорок, и внутри него механическое цоканье, как в пишущей машинке. Звуки повторялись дважды в секунду — индустриальный ритм, как если бы мы были на фабрике по производству тиражей. «Здесь мы проводим наши долгосрочные исследования», — кричал Стамм сквозь шум. С одной стороны комнаты были пятидесятые века. сердца, используемые маленькими пациентами; с другой — семьдесят в. модели, используемые более крупными. «Вот драйвер, который представляет собой механический звук», — сказала она, указывая на механический насос, похожий на коробку для завтрака, который был соединен воздушной трубкой с сердцем внутри резервуара.«Затем вы слышите щелчок — это на самом деле клапан внутри сердца».

Привод был центром инноваций для SynCardia. Его сердце может приводиться в движение одним из двух устройств, первый размером с мини-холодильник, а второй размером с тостер — оба намного меньше, чем те, которые использовали пациенты ДеВриза. Через несколько месяцев драйверы необходимо обслужить; когда загорается сигнальная лампа, лицо, осуществляющее уход, отключает приводную линию и как можно быстрее присоединяет ее к другому устройству, чтобы сердце пользователя не замирало.Пока я смотрел, вода в резервуарах слегка колебалась в ритме. whump требуется много, чтобы проталкивать пять или шесть литров крови через тело каждую минуту.

«Как это на самом деле звучит в человеке?» Я спросил.

«Здесь намного тише, — сказал Стамм. «Но вы это слышите. Я слышал истории, в которых пациенты говорят, что, если они откроют рот, другие люди услышат щелчок ». Она сказала мне, что некоторые пациенты сначала не могли терпеть шум. Но потом, по ее словам, «они не могли уснуть без звука ca-chunk, ca-chunk .

Мы продолжили путь через склад, где на полках хранилось около дюжины сердечек, готовых к отправке; хирургические наборы, содержащие материалы, необходимые для их установки, были упакованы в отдельную стопку. Затем мы прошли через парковку к другому зданию, где группа инженеров ждала нас в защитных очках в лаборатории с высокими потолками. Один из них вручил мне небольшой кусок пластика в форме песочных часов: SPUS . Прозрачный, но слегка молочный, гладкий, но цепкий на кончиках моих пальцев, он был почти сюрреалистично эластичным — я потянул за его концы, вытянув шейку песочных часов в несколько раз больше его первоначальной длины, и он без особых усилий вернулся к своей первоначальной форме.

Через дверной проем я заметил гигантскую изношенную машину, примерно в дюжину футов высотой, сочетающую в себе элементы нефтяной вышки и KitchenAid. «Реактор SPUS », — сказал Трой Виллазон, менеджер по производству SynCardia. «Это из начала шестидесятых». SynCardia приобрела машину в начале двадцатого века, чтобы обеспечить бесперебойную поставку. «Само оборудование прошло через всю историю этого материала», — сказал Виллазон. Некоторое время мы размышляли о том, использовалась ли эта самая машина для создания сердец Ярвика.«Вполне возможно, — сказал Шустер.

Я остановился перед доской, на которой четыре фотографии пациентов SynCardia были расположены над обычными схемами, нарисованными от руки. Черный мужчина на больничной койке с сумкой для покупок; лысеющий белый мужчина на поле для гольфа с тонким воздушным шлангом, выходящим из-под рубашки в сторону клюшек; блондин, возможно, подросткового возраста, несущий рюкзак; и молодые брат и сестра сидят вместе. «Нам нравится держать некоторую мотивацию в секрете», — сказал Виллазон.Девятилетний мальчик был самым молодым человеком, когда-либо получавшим сердце SynCardia. Самый долгоживущий пациент SynCardia использовал сердце в течение почти семи лет — достижение, которое в восьмидесятые годы могло стать обложкой Life.

Одной из самых больших проблем, с которыми сталкивается SynCardia, является устаревание. Jarvik-7, на котором основано сердце SynCardia, был разработан почти сорок лет назад; первоначальный F.D.A. компании утверждениям уже несколько десятков лет. Сегодня для изменения любой отдельной части сердца — болта, клапана, резистора — может потребоваться новый процесс утверждения.Когда поставщики уходят из бизнеса или обновляют свои предложения, инженеры SynCardia должны найти, протестировать и затем получить разрешение на замену компонентов. Они живут в страхе перед фатальной неисправностью реактора SPUS : строительство и утверждение нового реактора может занять год, а потенциальные новые пациенты останутся без сердец. Обслуживание устаревшего устройства стоит дорого. «Даже если вы не улучшаете или не меняете его, просто чтобы продолжать производить то же самое — люди этого не осознают», — сказал Шустер.«Я работал в аэрокосмической отрасли и могу вам сказать, что зачастую легче внести серьезные изменения в аэрокосмическую оборону, чем что-то изменить в искусственном сердце». Слушая, я представил, с какой внимательностью пользователи сердца должны отслеживать взлеты и падения SynCardia.

В Соединенных Штатах менее двадцати больниц, в которых хирургов обучили устанавливать сердце. «Это узкий рынок», — сказал Дон Уэббер, генеральный директор. компании, сказал мне. Он вынул свой телефон и открыл таблицу, в которой перечислялись все пациенты-кандидаты от сердца на тот момент.«У нас выходит ежедневный листок», — пояснил он. «Мы получим телефонный звонок, текстовое или электронное письмо, в котором говорится:« У нас может быть пациент »». На экране телефона прокручиваются ряды пациентов с цветными кодами.

«Я начинаю подозревать, что ему на самом деле наплевать на нас». Карикатура Фрэнка Котэма

SynCardia сталкивается с той же проблемой, с которой Кули столкнулся в шестидесятые годы: нужно быть очень больным, чтобы подумать о том, чтобы вырезать себе сердце. вашей груди, но если вы ждете слишком долго и слишком сильно заболеете, вас уже нельзя будет спасти.«Есть такие случаи, — сказал Уэббер с тревогой в голосе. «Вы видите его в списке на этой неделе, вы видите его в списке в конце недели, вы видите его в списке на следующей неделе. Они просто ждут, ждут и ждут ». Чем дольше пациент ждет, тем меньше вероятность, что она выживет после имплантации искусственного сердца и любой последующей трансплантации. «Это не чистое решение», — сказал Уэббер. «В вашей команде есть несколько человек» — хирурги, кардиологи, госпиталисты, и все они должны согласиться.

Бизнес-ученые используют множество различных метафор для описания изобретений и инноваций. Они говорят, что технологии могут развиваться непрерывно и прерывисто; что новые продукты должны подняться по «кривой принятия» или перепрыгнуть через пропасть юзабилити. Никто не хотел мобильных телефонов, пока они не стали настолько маленькими, что они были нужны всем. Электромобили казались непрактичными, но гибридные двигатели, дав водителям возможность познакомиться с технологиями, ускорили их внедрение.

Перед искусственным сердцем стоит уникальная задача.Только те, кто сталкивается с неминуемой смертью, готовы использовать сегодняшние модели. И все же почти шестьсот шестьдесят тысяч американцев умирают от болезней сердца ежегодно — это число погибших на уровне пандемии, в связи с которым мы не ощущаем чрезвычайной ситуации. Все большее число из нас живет с больным сердцем и страдает от последствий. Чтобы полностью реализовать свой потенциал, искусственные сердца должны стать достаточно хорошими, чтобы люди действительно захотели их использовать; они должны быть предпочтительнее не смерти, а сердечной недостаточности, так же как замена бедра предпочтительнее отказа бедра.Между тем, пока они не достигнут более широкого распространения, они останутся нишевым продуктом — и поэтому будут недоступны для многих людей, которые в них нуждаются. Еще мгновение Уэббер пролистал свой список; Я задавался вопросом, должна ли Джесс участвовать в этом. Потом убрал телефон.

Инженеры SynCardia обязаны поддерживать устаревшую технологию, но они также понимают, что ее необходимо развивать. Перед тем, как я уехал из Тусона, Виллазон рассказал мне о сердце следующего поколения, которое разрабатывала SynCardia. Сердце будет использовать новый насосный двигатель с батарейным питанием, который можно полностью разместить внутри пациента; как и AbioCor, он будет беспроводным, без внешнего драйвера.В то же время он будет перекачивать кровь, используя уже существующие желудочки на основе SPUS компании, которые уже были одобрены FDA. Подключив этот новый двигатель к своему старому автомобилю — гибридной модели, — SynCardia надеялась быстро разработать и продать его сердце и привлечь своих существующих клиентов. По словам Виллазона, новое сердце может стать надежной и постоянной имплантацией. Его могут использовать люди, находящиеся подальше от пропасти.

Я не Бад Фрейзер, но я видел много искусственных сердец, и дизайн Виллазона поразил меня своей простотой и оригинальностью.И все же инженеры SynCardia были заняты производством, продажей и обновлением нынешнего сердца, спасая более сотни жизней в год. Они изо всех сил пытались найти время, чтобы запустить новое сердце. Они напечатали 3-D несколько прототипов и разложили по магазинам спецификации; они разговаривали с инвесторами.

Команда Bivacor в Серритосе совершенно не связана с технологическим прошлым. Когда я приехал, все собирались на тайский — еженедельный командный обед. Это была большая группа для ресторана, но маленькая для дизайна искусственного сердца.Тиммс сел в конце стола рядом с инженером-электриком Николасом Грейтрексом.

«Теперь, когда вы приближаетесь к тому, чтобы надеть устройство на человека, каково это?» Я спросил. «Это захватывающе, или странно, или что?»

«Чем ближе вы подходите к тому, чтобы стать человеком, тем больше вы думаете обо всем, что может пойти не так, и о том, что вы можете сделать», — сказал Маттиас Кляйнхейер, бородатый инженер. «Даже если бы я не сомневался, что система работает так, как должна, это все равно было бы очень страшно.Кляйнхейер отвечает за резервные системы сердца; есть резервные копии к резервным копиям к резервным копиям.

Искусственные сердца тикают спустя десятилетия после дебатов о Джарвике-7

Но это еще не конец истории. Святой Грааль работающего механического сердца никогда не исчезал, хотя слово «постоянный» исчезло. Появились новые устройства, каждое из которых было представлено не как постоянное решение, а скорее как временный «мост» для поддержки пациентов до тех пор, пока они не получат трансплантацию настоящего сердца.(Не то чтобы трансплантация, впервые проведенная в 1967 году, гарантированно сработает. Всегда существует риск того, что тело реципиента отторгнет новый орган.)

В соответствии со своей миссией — смотреть назад и вперед, Retro Report исследует степень, в которой какие искусственные сердца остаются неотъемлемой частью современной жизни. Среди появившихся дизайнов ни один из них не получил большего признания, чем потомок Ярвика-7, временное полное искусственное сердце, созданное SynCardia Systems из Тусона, штат Аризона (механизм, разработанный французской компанией Carmat, также привлек внимание.)

Почти все устройства, используемые сегодня в Соединенных Штатах, относятся к модели SynCardia, и число тех, кто ее носит, приближается к 1600. В отличие от громоздкого компрессора Jarvik-7, система питания портативна, хранится в сумке весом 13 фунтов. Даже в этом случае полная свобода передвижения неуловима. Срок службы аккумуляторной батареи ограничен. Пользователи не могут отходить далеко от источника питания.

Тысячи других американцев прибавили к своей жизни годы с помощью небольшого искусственного аппарата, частичного сердца, известного как вспомогательное устройство желудочков, или VAD.VAD прикреплен к одному или обоим желудочкам, насосным камерам сердца. Чаще всего целью является левый желудочек, потому что он выполняет большую часть перекачки крови.

Укрепляя желудочек, устройство дает больным людям время на восстановление. Интересно, что у этих пациентов нет пульса: у большинства VAD кровь течет непрерывным потоком, а не в пульсирующем ритме здорового сердца.

Ожидание настоящего сердца, которое можно пересадить, требует терпения, достойного Иова.В этой стране не хватает потенциальных доноров, где болезни сердца продолжают оставаться убийцей №1, ежегодно унося более 600 000 смертей. Количество доступных сердец в конкретном году давно колеблется в районе 2000, что недостаточно для удовлетворения потребности.

В некотором смысле события, которые являются хорошими новостями для большинства американцев, не обязательно являются радостными вестями для пациентов с критическими состояниями сердца. Например, жертвы в автокатастрофах со смертельным исходом могут быть главным источником сердец. Но с повышением уровня безопасности автомобилей и шоссе количество смертей среди автотранспортных средств в Соединенных Штатах снизилось до менее 33 000 в год с максимума, составлявшего более 54 000 в начале 1970-х годов.Математика говорит сама за себя.

Человек получил первое искусственное сердце

ЛУИСВИЛЬ, Кентукки. Пациент, которому имплантировали первое в мире автономное механическое сердце, во вторник комфортно отдыхал после 7-часовой операции, сообщили в больнице в Луисвилле, штат Кентукки.

Эта процедура является первым крупным достижением в разработке искусственного искусственного сердца почти за два десятилетия.

Устройство, созданное компанией Abiomed Inc. в Дэнверсе, штат Массачусетс, заменяет нижние камеры больного сердца пациента на моторизованный гидравлический насос из пластика и металла, который весит 2 фунта (1 кг) и имеет размер примерно грейпфрут.

Это первое искусственное сердце, не имеющее проводов, соединяющих его с внешней стороной.

«Это первый раз, когда это было сделано», — сказала Кэти Кидл, пресс-секретарь Еврейской больницы, где эту процедуру выполняли хирурги Луисвильского университета Ламан Грей, и

Ни Абиомед, ни официальные лица больницы не раскрывают имя и пол. или пол тяжело больных.

Долгожданная операция ожидалась к 30 июня, но была отложена из-за того, что компания не завершила обследование пациентов.

Abiomed получил одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в феврале для тестирования устройства на 15 пациентах, все из которых слишком больны, чтобы быть кандидатами на пересадку сердца.

В отличие от существующих устройств, которые служат в качестве временного решения для продления жизни пациента до тех пор, пока пациент не сможет получить донорское сердце, сердце AbioCor спроектировано как полностью функционирующее замещающее сердце.

Испытание проводится с участием тяжело больных пациентов, которым осталось жить менее 30 дней, — сказал Джон Теро, вице-президент и финансовый директор Abiomed.

«Это не мост к трансплантации. Недостаток доступных донорских сердец», — сказал Теро в телефонном интервью. «Мы начинаем с пациентов, которые находятся на конце своей жизни. Они не являются кандидатами на трансплантацию и находятся на грани смерти. Наша цель — обеспечить им разумное качество жизни и продление жизни».

Теро сказал, что ожидаемая продолжительность жизни нынешних кандидатов составляет два месяца. «Хотя устройство рассчитано на то, чтобы в конечном итоге работать намного дольше, если бы мы смогли удвоить чью-то продолжительность жизни, мы были бы очень довольны», — сказал он.

40 000 пациентов, ожидающих пересадки сердца, намного превосходит количество имеющихся сердец, и успешное механическое сердце могло бы удовлетворить огромную потребность.

Ранние версии искусственного сердца были громоздкими и приносили ограниченную пользу пациентам.

В 1982 году 61-летний доктор Барни Кларк из Солт-Лейк-Сити, штат Юта, получил первое постоянное искусственное сердце, известное как Jarvik-7. Он был привязан к своей кровати за торчащие провода, трубки и шумный воздушный компрессор, похожий на коробку, в течение 112 дней, в течение которых он выжил с искусственным сердцем.

При использовании Jarvik-7 и других «мостовых устройств» внешние разъемы оставляют пациентов уязвимыми для инфекции.

AbioCor содержит небольшой электродвигатель, прикрепленный к имплантированной батарее, и рассчитан на долгие годы. Пациенты могут носить батарейный блок или подключаться к электрической розетке, чтобы подзарядить сердечную батарею.

Abiomed в настоящее время производит и продает BVS, сердечно-сосудистое устройство для временной поддержки всех пациентов с неэффективным, но потенциально излечимым сердцем.

Акции Abiomed выросли на 14,14 процента, или на 3,32 доллара, до 26,80 доллара в ходе утренних торгов на Nasdaq. Акции имеют 52-недельный диапазон от 37,75 до 10,50 долларов.

Роберт Ярвик | Lemelson

Роберт Коффлер Ярвик, изобретатель первого постоянно имплантируемого искусственного сердца, родился в Мичигане 11 мая 1946 года. Он рано продемонстрировал свои механические способности, изобрав такие полезные устройства, как хирургический степлер и другие медицинские инструменты, когда он был просто подросток.

В 1964 году Джарвик был студентом Университета штата Юта.Его отец заболел сердечным заболеванием, и ему пришлось перенести операцию на открытом сердце. Именно тогда Ярвик узнал, что многим пациентам с сердечными заболеваниями требуется пересадка сердца. Однако в некоторых случаях болезнь сердца настолько серьезна, что пациент может не пережить ожидание донорского сердца. Стремясь помочь этим пациентам жить как можно дольше с имеющимся у них сердцем, ученые-медики начали разрабатывать электронные устройства, такие как дефибрилляторы, кардиостимуляторы и модели искусственного сердца.

В тот момент Ярвик очень заинтересовался медициной, и он начал думать о возможных конструкциях искусственного сердца, которые могли бы помочь таким людям, как его отец.Он решил поступить в медицинский институт и в 1976 году окончил Университет Юты со степенью доктора медицины.

К середине 1970-х годов уже появилось несколько конструкций искусственного сердца. В середине 1950-х доктор Пол Винчелл запатентовал искусственное сердце. В 1957 году группа ученых во главе с Виллемом Колффом, врачом голландского происхождения, проверила модель на животных, чтобы выявить проблемы. Другая модель, которая была протестирована в 1969 году командой под руководством Дентона Кули из Техасского института сердца, сохраняла жизнь пациенту более шестидесяти часов.Затем врачи и ученые начали рассматривать возможность создания постоянной, а не временной имплантируемой модели сердца.

В 1982 году постоянный дизайн Ярвика был первым в своем роде. Он назвал искусственное сердце Ярвик-7. Изготовленный из дакронового полиэстера, пластика и алюминия, Jarvik-7 имел внутреннюю систему питания, которая регулировала насос через систему шлангов сжатого воздуха, которые входили в сердце через грудную клетку. К камерам подсоединялись воздушные шланги.Система питания сердца приводила в действие насосы, которые прокачивали кровь по телу пациента. Ярвик и его команда протестировали устройство на коровах и других животных, убедившись, что сердце может постоянно биться не менее 100000 раз в день. Вскоре он был готов к испытаниям на человеке.

В 1982 году первый пациент, дантист из Сиэтла Барни Кларк, прожил 112 дней после того, как Jarvik 7 был имплантирован ему в грудную полость во время операции, которая длилась 7 1/2 часов. Хирург Уильям ДеВрис из Университета Юты провел операцию.Кларк, который по разным медицинским причинам не был кандидатом на операцию по трансплантации, так и не смог покинуть больницу. Система была открыта для заражения, поэтому Кларк и последующие получатели Джарвика 7 заболели.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *