На тему – штучні органи. Штучні органи: минуле, сьогодення та майбутнє. Кардіостимулятори та спорт

М.В.Плетніков
переклад з англійської Science, 1995,
Vol. 270, N 5234, pp. 230-232.
Створення штучних органів прокуратури та тканин оформилося у самостійну галузь науки близько десяти років тому. Перші досягнення цього напряму – створення штучної шкіри та хрящової тканини, зразки яких вже проходять перші клінічні випробування у центрах трансплантації. Одне з останніх досягнень полягає у конструюванні хрящової тканини, здатної до активної регенерації. Це справді величезний успіх, оскільки пошкоджена суглобова тканина не регенерує в організмі. У клініках США щороку оперують понад 500 тис. хворих із пошкодженнями суглобового хряща, але подібне хірургічне втручання лише на короткий час полегшує біль та покращує рухи у суглобі. Вчені з Гетеборгського університету у Швеції екстрагували хондроцити (клітини хряща) із суглобів 23 пацієнтів, виростили культуру клітин, яка утворила хрящову тканину, а потім імплантували її у пошкоджений колінний суглоб. Результат виявився чудовим: у 14 із 16 пацієнтів було відзначено практично повне заміщення пошкодженого хряща новою тканиною у місці її імплантації. Вирощування хрящової тканини займає, на жаль, багато часу – кілька тижнів, тому вчені намагаються розробити методики швидшого отримання штучних тканин. Наприклад, група експериментаторів із біотехнологічної компанії " OrganogenesisПровела вирощування плівки штучної шкіри на матриксі з природного колагену, що дозволяє практично відразу використовувати цю нову тканину в клініці.

При клінічному випробуванні нового шкірного трансплантату було показано, що він покращує (не менше ніж на 60% порівняно із звичайними матеріалами) загоєння венозних виразок та шкірних ушкоджень. Однак шкіра та хрящ - тканини, що складаються з одного або двох типів клітин, та вимоги до структури основи, призначеної для їх вирощування у штучних умовах, відносно невисокі. З багатьма іншими органами справа набагато складніша. В даний час робляться спроби вирощування в лабораторних умовах печінки. Але печінка - складно влаштований орган, що складається з різних типів клітин, що забезпечують очищення крові від токсинів, перетворення поживних речовин, що надійшли ззовні, в засвоювану організмом форму і виконують цілий ряд інших функцій. Тому створення штучної печінки вимагає набагато більш складної технології: всі ці різноманітні типи клітин повинні бути розміщені строго певним чином, тобто основа, на якій вони базуються, повинна мати високу вибірковість.
З цією метою на таку синтетичну основу наносяться молекули, що мають властивості клітинної адгезії та міжклітинного впізнавання - функціями встановлення специфічних міжклітинних зв'язків в організмі. Історія створення такої підкладки для клітин печінки може бути ілюстрацією переваг комбінованої технології.

Наприклад, дослідникам із Массачусетського технологічного інституту вдалося створити підкладку, на якій закріплюються лише клітини-гепатоцити. Добре відомо, що клітини цього виконують в організмі більше метаболічних функцій, ніж будь-які інші. Однією з таких функцій є видалення кровоносного русла пошкоджених білків. Гепатоцити дізнаються ці білки за певними вуглеводними послідовностями, які і "маркують" їх як шлюб. Дослідники синтезували молекули з такою послідовністю ланок і "прикріпили" їх до штучного поліакриламідного полімеру, вважаючи, що ці "приманки" вибірково "залучатимуть" гепатоцити. Справді, гепатоцити впізнавали мітки та затримувалися на поверхні полімеру. Однак згодом виявилося, що поліакриламід не може бути відповідним матеріалом для штучної печінки, оскільки викликає сильну імунну реакцію з боку організму. Необхідно було шукати якийсь інший полімер, який би не відторгався організмом, але при цьому і не адсорбував би різні білки, які, осівши на полімері, відразу починали б залучати всі типи клітин без розбору. Зрештою старання вчених увінчалися певним успіхом. Їм вдалося синтезувати сітчасту підкладку з поліетилен-оксиду (ПЕО), який не викликає імунної реакції і не адсорбує білки. ПЕО є молекулою зірчастої форми, промені якої розходяться в різні боки від щільного центрального ядра. Коли молекули ПЕО зв'язуються між собою, кінці променів кожної зірки вільно плавають у водному розчині. При цьому вони несуть на собі реактивні гідроксильні групи, до яких прикріплюють вуглеводні "приманки" для гепатоцитів.

Було показано, що при додаванні в такий розчин гепатоцитів щури вони відразу зв'язуються з вуглеводами і закріплюються на сітчастій підкладці, в той час як фібробласти, внесені в розчин, на полімері не осідають. Таким чином, ученим пощастило вирішити одну із найбільших проблем у створенні штучних органів: сконструювати високоспецифічний клітинний акцептор. Наступним етапом стало формування тривимірної структури сітчастої підкладки. Здорова печінка складається з маси клітин, пронизаних складною мережею кровоносних судин. Для нормальної роботи печінки різні типи клітин повинні бути розташовані один до одного в певному порядку. Розробивши спосіб укладання полімеру (поліактинової кислоти) на найтоншу паперову основу під управлінням комп'ютера, що дозволяє надалі конструювати вже тривимірну архітектуру органу, дослідники тепер б'ються над проблемою з'єднання з тривимірною структурою нового полімеру молекул ПЕО, що несуть "приманки". У майбутньому вони сподіваються приєднати до полімеру та мітки іншого типу, наприклад антитіла, що привертають до себе клітини, що утворюють жовчні протоки. Нарешті, передбачається використання амінокислот - глютамінової, аспарагінової та аргініну - для формування специфічного ендотеліального шару печінки. Так поступово крок за кроком вчені сподіваються створити повноцінну штучну печінку. Гібридні основи-підкладки добре зарекомендували себе і в експериментах з "вирощування" нервових волокон. І тут як підкладки виявився особливо ефективний тефлон - матеріал, абсолютно нешкідливий організму. З'єднання тефлонової сітки з молекулами ламініну за допомогою модифікованих іонізованим газом атомів нікелю є, на думку дослідників, досить перспективною основою, на якій може відбуватися зростання відростків нервових клітин. Ламінін у разі виконує функцію регуляції та напрями зростання нервів. Наступним кроком, що наближає клінічне застосування індукованого зростання призначених для трансплантації нервів, має стати виготовлення спеціальних напрямних трубочок, які можна було б розміщувати в організмі вздовж пошкоджених нервових волокон. Тефлон також давно використовують у штучних кровоносних судинах. Однак досі з нього виробляють тільки широкі (більше 6 мм у діаметрі) судини, оскільки судини меншого діаметра через 1-2 роки після імплантації закупорюються тромбоцитами і клітинами гладком'язів. Цього не відбувалося б, якби структура стінок імплантованої судини була схожа на епітелій, що вистилає, справжніх вен і артерій.

Проблему можна вирішити шляхом нанесення на полімер природних епітеліальних клітин, що утворюють гладку вистилку внутрішніх стінок судин, до якої не прилипають тромбоцити і клітини гладком'язів. Створення такого штучного епітелію є основною проблемою конструювання кровоносних судин. До речі, аналогічне налипання клітин, і як наслідок, закупорювання судин, відбувається і в самому організмі через атеросклеротичну зміну епітелію. При вирішенні цього завдання, як і при спробах викликати спрямоване зростання нервових волокон, вчені користуються "послугами" білків міжклітинної адгезії та позаклітинного матриксу: фібронектину та ламініну. Серед органів і тканин, які в даний час інтенсивно досліджуються з метою їхнього біотехнологічного відтворення, можна відзначити також кісткову тканину, сухожилля, кишечник, серцеві клапани, кістковий мозок і трахею. Крім робіт зі створення штучних органів і тканин людського організму вчені продовжують розробляти і методи вживлення в організм хворих на діабет людей клітин, що продукують інсулін, а людям, які страждають на хворобу Паркінсона, - нервових клітин, що синтезують нейромедіатор дофамін, що дозволить позбавити пацієнтів від щоденних втомливих.

Сучасна медична техніка дозволяє замінювати повністю чи частково хворі органи людини. Електронний водій ритму серця, підсилювач звуку для людей, які страждають на глухоту, кришталик зі спеціальної пластмаси - ось тільки деякі приклади використання техніки в медицині. Все більшого поширення набувають також біопротези, які рухаються мініатюрними блоками живлення, які реагують на біоструми в організмі людини.

Під час найскладніших операцій, що проводяться на серці, легенях або нирках, неоціненну допомогу медикам надають «Апарат штучного кровообігу», «Штучне легке», «Штучне серце», «Штучна нирка», які приймають на себе функції органів, що оперуються, дозволяють на час призупинити. їхню роботу.

«Штучне серце»

Понад 2300 років тому грецький філософ Аристотель вчив, що серце є вмістилищем душі. Сьогодні ми знаємо: величиною з кулак і порожнистий м'яз, що важить 300 грамів, щохвилини прокачує всі шість літрів крові людини через мережу судин, що простяглася більш ніж на 1000 кілометрів, і забезпечує поживними речовинами кожну зі 100 мільярдів клітин тіла. Залежно від віку та навантаження, серце б'ється 40-200 разів на хвилину, при цьому ритм орган задає собі сам: електричний задатчик такту в серцевій стінці керує ударами залежно від фізичних вимог. Імплантований насос зі сталі, з батарейкою та індукційною котушкою для заряду через шкіру, в майбутньому повинен замінювати невиліковно хворе серце. При невеликих дефектах, наприклад клапанів, хірурги пересаджують запчастини зі свинячих сердець або з пластику. Якщо серце постійно збивається з ритму, коригувальні імпульси задає електронний водій серцевого ритму, що вшивається в грудну клітину.

Дослідження спочатку проводилися у бік часткової заміни функції однієї з відділів серця (правий чи лівий шлуночок), і з створенням апарату штучного кровообігу стало можливим всерйоз замислитися з того, як повністю замінити серце механічним аналогом. Великий радянський вчений-експериментатор Володимир Деміхов ще в 1937 році показав принципову можливість підтримки кровообігу в організмі собаки за допомогою пластикового насоса, який рухається електродвигуном. Дві з половиною години, які прожив собака з цим механічним пристроєм, імплантованим на місце віддаленого серця, стали відліком нової ери в медицині.

Естафету підхопили американські вчені, але лише через два десятиліття В. Кольф і Т. Акутсу розробили штучне серце з поліхлорвінілу, що складається з двох мішечків, включених в єдиний корпус. Воно мало 4 тристулкові клапани з того ж матеріалу і працювало від пневмоприводу, розташованого зовні. Ці дослідження започаткували цілу серію конструктивних рішень штучного серця із зовнішнім приводом. Майже чверть століття знадобилася для того, щоб в експерименті було досягнуто стабільних результатів виживання тварин і створено передумови для використання цієї технології в клінічній практиці. Роботи зі створення штучного серця інтенсивно проводилися кількома групами вчених США, СРСР, ФРН, Франції, Італії, Японії.

До 1970 були отримані обнадійливі показники - тварини виживали до 100 годин (Університет штату Юта, Солт-Лейк-Сіті, США). Однак потім у зв'язку з хронічними невдачами експериментаторів постало питання: а чи можливе в принципі виживання тварини зі штучним серцем понад 100 годин? На щастя, на нього порівняно швидко вдалося відповісти ствердно - до 1974 року було досягнуто виживання тварин протягом місяця, а через три роки організм вже 75 відс. тварини стабільно працювали протягом цього терміну. Отримані результати дозволили вважати, що метод заміни власного серця штучним, як тимчасовий захід може бути застосований у клініці.

Модель штучного серця, розроблений у Берліні. Ця модель була вперше імплантована професором Хетцером у 1987 році.

Ідея імплантації штучного серця для підтримки життя реципієнта на період пошуку відповідного донора була реалізована в 1969 році, коли американський хірург Д.Кулі зробив імплантацію штучного серця хворому, якого після резекції обширної аневризми лівого шлуночка не вдавалося відключити від апаратного. Через 64 години роботи штучне серце було замінено на алотрансплантат, проте ще через 36 годин хворий загинув від пневмонії. То справді був перший випадок двоетапної операції трансплантації серця, яка сьогодні поширена дуже широко. Нині, щоправда, першому етапі проводять імплантацію не штучного серця, а штучного лівого желудочка, але звідси далі.

Починаючи з 1982 року Де Вріз виконав шість операцій з імплантації штучного серця із зовнішнім приводом хворим у термінальній стадії серцевої недостатності. Вже перший хворий, незважаючи на низку технічних ускладнень, прожив зі штучним серцем "Джарвік-7" 112 діб, потім виживання хворих було доведено до 603 діб. Усі шість пацієнтів зрештою загинули від інфекцій. Ці операції, незважаючи на суспільний інтерес, не набули поширення надалі, оскільки у хворих, прив'язаних до громіздкого зовнішнього приводу, не було жодного шансу на скільки-небудь повноцінне життя.

У нашій країні серйозні дослідження в галузі створення штучного серця відновилися в 1966 році з ініціативи та під керівництвом тоді ще нікому невідомого молодого хірурга, а згодом академіка Валерія Шумакова спочатку в Інституті клінічної та експериментальної хірургії, а з 1975 року – у НДІ трансплантології та штучних органів . Протягом багатьох років над цим працювали співробітники НДІТІВ В. Толпекін, А. Дробишев, Г. Іткін. У 70-ті роки радянські вчені йшли врівень з американськими у створенні штучного серця. Не випадково в 1974 році міністри закордонних справ СРСР і США А. Громико та Г. Кіссенджер серед інших важливих документів підписали міжурядову угоду з досліджень у галузі штучного серця та допоміжного кровообігу. Як каже Валерій Шумаков, цій угоді, на відміну від багатьох інших, була уготована щаслива доля. Воно виконувалося протягом двох десятиліть, у результаті було створено штучне серце та штучні шлуночки серця, що застосовувалися у клінічній практиці.

У НДІТІІО були проведені дослідження зі створення насосних пристроїв, систем управління та контролю роботи протеза серця у тривалих медико-біологічних експериментах на телятах. Тривалість роботи моделі штучного серця із зовнішнім приводом "Пошук-10М" була доведена до 1985 року до 100 діб. Усе це дозволило розпочати його клінічні випробування. Свідченнями застосування штучного серця були різке погіршення стану пацієнтів, включених у лист очікування на пересадку серця; критичні ситуації у хворих, які після закінчення операції не можуть бути відключені від апарата штучного кровообігу; різко прогресуючі явища відторгнення трансплантату.

З грудня 1986 року фахівцями НДІТІІО було виконано 17 трансплантацій штучного серця "Пошук-10М", з них 4 у Польщі, куди бригада виїжджала за екстреним викликом. На жаль, незважаючи на героїчні зусилля лікарів, максимальна тривалість роботи штучного серця не перевищила 15 діб. Але, хоч як це цинічно звучить у разі, негативний результат у науці - теж результат.

Ми переконалися, що штучне серце із зовнішнім приводом має серйозні негативні сторони, - каже завідувач лабораторії допоміжного кровообігу та штучного серця НДІТІІО професор Володимир Толпекін. Насамперед, це велика травматичність, адже спочатку потрібно видалити власне серце хворого і лише потім на його місце поставити штучне серце. При цьому виникає багато ускладнень, запалення тканин, через що повторна трансплантація скрутна.

З 17 хворих, яким трансплантували "Пошук-10М", донорське серце вдалося пересадити лише одному, але й у нього за 3,5 доби життя на штучному серці тканини змінилися настільки сильно, що на 7 добу після пересадки донорського органу розвинувся запальний процес. , що призвело до смерті. В даний час лише одна фірма у світі випускає штучне серце із зовнішнім приводом, і на практиці останнім часом вони практично не застосовуються ні як "мост" до трансплантації донорського серця, ні тим більше як довго працюючий орган. В результаті штучне серце було витіснене менш травматичною системою – штучним лівим шлуночком (обхід лівого шлуночка).

АТ «Медичний університет Астана»

Кафедра медбіофізики та ОБЖ

Реферат

На тему: Штучні органи

Виконала: Нурпеїсова Д.

Група:144 ОМ

Перевірила: Маслікова О.І.

Астана 2015 рік

Вступ

Штучна нирка

Штучне серце

Штучний кишечник

Штучна шкіра

Штучна кров

Штучне легке

Штучні кістки

Висновок

Вступ

Швидкий розвиток медичних технологій та все більш активне використання в них останніх досягнень суміжних наук дозволяють сьогодні вирішувати такі завдання, які ще кілька років тому здавалися нездійсненними. У тому числі - і в галузі створення штучних органів, здатних дедалі успішніше замінювати свої природні прототипи.

Причому найдивовижніше те, що подібні факти, ще кілька років тому здатні стати основою для сценарію чергового голлівудського блокбастера, сьогодні привертають увагу публіки всього на кілька днів. Висновок цілком очевидний: не за горами той день, коли навіть найфантастичніші ідеї щодо можливостей заміни природних органів та систем їхніми штучними аналогами перестануть бути якоюсь абстракцією. Отже, одного разу можуть з'явитися і люди, у яких подібних імплантів виявиться більше, ніж власних частин тіла.

Пересадка органів втілює споконвічне прагнення людей навчитися "ремонтувати" людський організм.

. Штучна нирка

Один із найнеобхідніших штучних органів – це нирка. Наразі сотні тисяч людей у світі для того, щоб жити, мають регулярно отримувати лікування гемодіалізом. Безпрецедентна «машинна агресія», необхідність дотримуватися дієти, приймати медикаменти, обмежувати прийом рідини, втрата працездатності, свободи, комфорту та різні ускладнення з боку внутрішніх органів супроводжують цю терапію. У 1925 Дж. Хаас провів перший діаліз у людини, а в 1928 він же використовував гепарин, оскільки тривале застосування гірудину було пов'язане з токсичними ефектами, та й сам його вплив на згортання крові був нестабільним. Вперше гепарин був застосований для діалізу в 1926 році в експерименті Х. Нехельсом і Р. Лімом.

Оскільки перелічені вище матеріали виявлялися малопридатними як основа для створення напівпроникних мембран, продовжувався пошук інших матеріалів, і в 1938 році вперше для гемодіалізу був застосований целофан, який у наступні роки тривалий час залишався основною сировиною для виробництва напівпроникних мембран.

Перший апарат «штучна нирка», придатний широкого клінічного застосування, було створено 1943 року У. Колффом і Х. Берком. Потім ці апарати удосконалились. При цьому розвиток технічної думки в цій галузі спочатку стосувався переважно саме модифікації діалізаторів і лише в останні роки стало зачіпати значною мірою власне апарати.

В результаті з'явилися два основні типи діалізатора, так званих котушкових, де використовували трубки з целофану, і плоскопаралельних, в яких застосовувалися плоскі мембрани.

У 1960 році Ф. Кіїл сконструював дуже вдалий варіант плоскопаралельного діалізатора з пластинами з поліпропілену, і протягом ряду років цей тип діалізатора та його модифікації поширилися по всьому світу, посівши чільне місце серед інших видів діалізаторів.

Потім процес створення більш ефективних гемодіалізаторів і спрощення техніки гемодіалізу розвивався у двох основних напрямках: конструювання самого діалізатора, причому домінуюче положення з часом зайняли діалізатори одноразового застосування, і використання напівпроникної мембрани нових матеріалів.

Діалізатор - серце «штучної нирки», і тому основні зусилля хіміків та інженерів завжди були спрямовані на вдосконалення саме цієї ланки в складній системі апарату в цілому. Однак технічна думка не залишала поза увагою і апарат як такий.

У 1960-х роках виникла ідея застосування про центральних систем, тобто апаратів «штучна нирка», у яких діалізат готували з концентрату - суміші солей, концентрація яких у 30-34 разу перевищувала концентрацію в крові хворого.

У 2010 році в США було розроблено імплантований в організм хворого гемодіалізний апарат. Апарат, розроблений у Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско, має розміри в цілому відповідні розміру людської нирки. Імплантат, крім традиційної системи мікрофільтрів, містить біореактор із культурою клітин ниркових канальців, здатних виконувати метаболічні функції нирки. Прилад не потребує енергозабезпечення та працює за рахунок тиску крові пацієнта. Даний біореактор імітує принцип роботи нирки за рахунок того, що культура клітин ниркових канальців знаходиться на полімерному носії та забезпечує зворотну реабсорбцію води та корисних речовин, так само як це відбувається в нормі. Це дозволяє значно підвищити ефективність діалізу і навіть повністю відмовитись від необхідності трансплантації донорської нирки.

Гемодіалізатор

Інакше, штучна нирка - апарат для тимчасового заміщення функції виділення нирок. Штучну нирку використовують для звільнення крові від продуктів обміну, корекції електролітно-водного та кислотно-лужного балансів при гострій та хронічній нирковій недостатності, а також для виведення діалізуючих токсичних речовин при отруєннях та надлишку води при набряках.

Функція

Основною функцією є очищення крові від різних токсичних речовин, у тому числі продуктів метаболізму. При цьому обсяг крові у межі організму залишається постійним.

2. Штучне серце

Серце – порожнистий м'язовий орган. Його маса у дорослої людини складає 250-300 грам. Скорочуючись, серце працює як насос, проштовхуючи кров судинами і забезпечуючи її безперервний рух. При зупинці серця настає смерть, тому що припиняється доставка тканинам поживних речовин, а також звільнення тканин від продуктів розпаду.

Від створення "серця" до нашого часу.

Творцем штучного серця був В. П. Деміхов ще в 1937 р. З часом цей пристрій зазнав колосальних перетворень у розмірах і способах використання Штучне серце - механічний прилад, який тимчасово бере на себе функцію кровообігу, якщо серце пацієнта не може повноцінно забезпечувати організм достатньою кількістю крові. Істотним його недоліком є потреба у постійній підзарядці від електромережі.

У 2009 році ще не було створено ефективного імплантованого людині протеза щирого серця. Ряд провідних кардіохірургічних клінік проводить успішні часткові заміни органічних компонентів на штучні. Станом на 2010 рік існують прототипи ефективних протезів всього серця, які штучно імплантуються людині. штучний протез імплантований

В даний час протез серця розглядаються як тимчасовий захід, що дозволяє пацієнту з тяжкою серцевою патологією дожити до моменту пересадки серця.

Серце моделі.

Вітчизняні вчені та конструктори розробили низку моделей під загальною назвою «Пошук». Це чотирикамерний протез серця із шлуночками мішчастого типу, призначений для імплантації в ортотопічну позицію.

У моделі розрізняють ліву та праву половини, кожна з яких складається зі штучного шлуночка та штучного передсердя. Складовими елементами штучного шлуночка є: корпус, робоча камера, вхідний та вихідний клапани. Корпус шлуночка виготовляється із силіконової гуми методом нашарування. Матриця занурюється в рідкий полімер, виймається і висушується - і так щоразу, поки на поверхні матриці не створюється багатошарова плоть серця. Робоча камера формою аналогічна корпусу. Її виготовляли із латексної гуми, а потім із силікону. Конструктивною особливістю робочої камери є різна товщина стінок, у яких розрізняють активні та пасивні ділянки. Конструкція розрахована таким чином, що навіть при повній напрузі активних ділянок протилежні стінки робочої поверхні камери не стикаються між собою, чим усувається травма формених елементів крові.

Російський конструктор Олександр Дробишев, незважаючи на всі труднощі, продовжує створювати нові сучасні конструкції «Пошуку», які будуть значно дешевшими від зарубіжних зразків.

Одна з найкращих на сьогодні закордонних систем «Штучне серце» «Новакор» коштує 400 тисяч доларів. З нею можна цілий рік вдома чекати на операції. У кейсі-валізі «Новакора» знаходяться два пластмасові шлуночки. На окремому візку зовнішній сервіс – комп'ютер управління, монітор контролю, який залишається в клініці на очах у лікарів. Вдома, з хворим на блок живлення, акумуляторні батареї, які змінюються і заряджаються від мережі. Завдання хворого – стежити за зеленим індикатором ламп, що показують заряд акумуляторів.

3. Штучна шкіра

Стадія розробки: дослідники на порозі створення справжньої шкіри

Створена 1996 року штучна шкіра використовується для пересадки пацієнтам, чий шкірний покрив був сильно пошкоджений сильними опіками. Метод полягає у зв'язуванні колагену, отриманого з хрящів тварин, з глікозаміногліканом (ГАГ) для розвитку моделі позаклітинної матриці, яка створює основу для нової шкіри. У 2001 році на основі цього методу була створена штучна шкіра, що самовідновлюється.

Ще одним проривом у галузі створення штучної шкіри стала розробка англійських вчених, які відкрили дивовижний метод регенерації шкіри. Створені в лабораторних умовах клітини, що генерують колаген, відтворюють реальні клітини людського організму, які дають шкірі старіти. З віком кількість цих клітин зменшується і шкіра починає покриватися зморшками. Штучні клітини, введені безпосередньо в зморшки, починають виробляти колаген, і шкіра починає відновлюватися.

У 2010 році – вчені з університету Гранади створили штучну людську шкіру за допомогою тканинної інженерії на основі арагозо-фібринного біоматеріалу.

Штучна шкіра була щеплена мишам і показала оптимальні результати у плані розвитку, мейозу та функціональності. Це відкриття дозволить знайти клінічне застосування, а також застосування в лабораторних тестах на тканинах, що, у свою чергу, дозволить уникнути використання лабораторних тварин. Більше того, відкриття може бути використане для розробки нових підходів до лікування шкірних патологій.

Дослідження проводив Хосе Марія Хіменес Родрігес (Jose Maria Jimenez Rodriguez) з дослідницької групи тканинної інженерії при факультеті гістології Університету Гранади під керівництвом професорів Мігеля Аламіноса Мінгоранса (Miguel Alaminos Mingorance), Антоніо Кампоса Муносоя (Antonio Labrador Molina).

Дослідники спочатку вибрали клітини, які згодом мали бути використані для створення штучної шкіри. Потім проаналізували розвиток культури в лабораторних умовах і зрештою провели контроль якості шляхом щеплення тканин мишам. З цією метою було розроблено кілька технік імунофлуоресцентної мікроскопії. Вони дозволили вченим оцінити такі фактори, як клітинна проліферація, наявність маркерів морфологічної диференціації, експресія цитокреатину, інволюкрину та філагріну; ангіогенез та зростання штучної шкіри в організмі реципієнта.

Для експериментів дослідники взяли невеликі частини людської шкіри шляхом біопсії у пацієнтів після пластичних операцій у лікарні University Hospital Virgen de las Nieves у Гранаді. Звичайно, за згодою пацієнтів.

Для створення штучної шкіри був використаний людський фібрин із плазми здорових донорів. Потім дослідники додали транексамову кислоту (для запобігання фібринолізу), хлорид кальцію (для запобігання коагуляції фібрину) та 0,1% арагози (aragose). Ці замінники були щеплені на спини голих мишей з метою спостереження їх розвитку у природних умовах.

Шкіра, створена в лабораторії, показала добрий рівень біосумісності. Відторгнення, розбіжності чи інфекції виявлено був. Плюс шкіра на всіх тваринах у дослідженні виявила грануляцію через шість днів після імплантації. Рубцювання завершилося наступні двадцять днів.

Експеримент, проведений в Університеті Гранади, став першим у ході якого штучна шкіра була створена з дермою на основі арагозо-фібринного біоматеріалу. До цього часу використовувалися інші біоматеріали на кшталт колагену, фібрину, полигликолиевой кислоти, хітозану тощо.

4. Штучний кишечник

У 2006 році англійські вчені сповістили світ про створення штучного кишечника, здатного точно відтворити фізичні та хімічні реакції, що відбуваються в процесі травлення.

Орган зроблений із спеціального пластику та металу, які не руйнуються та не піддаються корозії.

Тоді була вперше в історії проведена робота, яка демонструвала, як плюрипотентні стовбурові клітини людини в чашці Петрі можуть бути зібрані в тканину організму з тривимірною архітектурою і типом зв'язків, властивих тілі, що природно розвинулася.

Штучна кишкова тканина може стати терапевтичним засобом №1 для людей, які страждають на некротичний ентероколіт, запалення кишечника і синдром короткого кишечника.

У ході досліджень група вчених під керівництвом доктора Джеймса Уеллса використовувала два типи плюрипотентних клітин: ембріональні людські стовбурові клітини та індуковані, отримані шляхом перепрограмування клітин людської шкіри.

Ембріональні клітини називають плюрипотентними, тому що вони здатні перетворюватися на будь-який з 200 різних типів клітин людського організму. Індуковані клітини підходять для «зачісування» генотипу конкретного донора, без ризику подальшого відторгнення та пов'язаних із цим ускладнень. Це новий винахід науки, тому поки неясно, чи мають індуковані клітини дорослого організму тим самим потенціалом, що і клітини зародка.

Штучна тканина кишечника була «випущена» у двох видах, зібрана з двох різних типів стовбурових клітин.

Щоб перетворити окремі клітини на тканину кишечника, знадобилося багато часу та сил. Вчені збирали тканину, використовуючи хімікати, і навіть білки, які називають чинниками зростання. У пробірці жива речовина росла так само, як і в ембріоні людини, що розвивається. Спочатку виходить так звана ендодерма, з якої виростають стравохід, шлунок, кишки та легені, а також підшлункова залоза та печінка. Але медики дали команду ендодермі розвинутися тільки в первинні клітини кишечника. На їхнє зростання до відчутних результатів знадобилося 28 днів. Тканина дозріла і набула абсорбційної та секреторної функціональності, властивої здоровому травному тракту людини. У ній також з'явилися й специфічні стовбурові клітини, з якими працювати буде значно легше.

Донорів крові завжди не вистачає - клініки забезпечені препаратами крові всього на 40% від норми. Для проведення однієї операції на серці із використанням системи штучного обігу потрібна кров 10 донорів. Є ймовірність, що проблему допоможе вирішити штучна кров – її як конструктор вже почали збирати вчені. Створено синтетичні плазма, еритроцити та тромбоцити.

Створення «крові»

Плазма – один з основних компонентів крові, її рідка частина. "Пластикова плазма", створена в університеті Шеффілда (Великобританія), може виконувати всі функції справжньої та абсолютно безпечна для організму. До її складу входять хімічні речовини, здатні переносити кисень та поживні речовини. На сьогоднішній день штучна плазма призначена для порятунку життя в екстремальних ситуаціях, але найближчим часом її можна буде використовувати повсюдно.

Що ж, вражає. Хоча і трохи страшнувато припустити, що всередині тебе тече рідкий пластик, точніше, пластикова плазма. Адже, щоб стати кров'ю, її ще треба наповнити еритроцитами, лейкоцитами, тромбоцитами. Допомогти британським колегам із «кривавим конструктором» вирішили фахівці з Каліфорнійського університету (США). Вони розробили повністю синтетичні еритроцити з полімерів, здатні переносити кисень та поживні речовини від легень до органів і тканин і назад, тобто виконувати основну функцію справжніх червоних кров'яних клітин. Крім того, вони можуть доставляти до клітин лікарські препарати. Вчені впевнені, що найближчими роками завершаться всі клінічні випробування штучних еритроцитів, і їх можна буде застосовувати для переливання. Щоправда, попередньо розбавивши їх у плазмі – хоч у природній, хоч у синтетичній.

Не бажаючи відставати від каліфорнійських колег штучні тромбоцити розробили вчені з університету Case Western Reserve штату Огайо. Якщо бути точним, то це не зовсім тромбоцити, а їх синтетичні помічники, які теж складаються з полімерного матеріалу. Їхнє головне завдання - створити ефективне середовище для склеювання тромбоцитів, що необхідно для зупинки кровотечі. Зараз у клініках для цього використовують тромбоцитарну масу, але її отримання - справа копітка і досить довга. Потрібно знайти донорів, зробити суворий відбір тромбоцитів, які до того ж зберігаються не більше 5 діб і схильні до бактеріальних інфекцій. Поява штучних тромбоцитів знімає усі ці проблеми. Отже, винахід стане хорошим помічником і дозволить лікарям не боятися кровотеч.

Справжня чи штучна кров. Що краще?

Термін "штучна кров" трохи неточний. Справжня кров виконує велику кількість завдань. Якщо буде створена повноцінна штучна кров, здатна повністю замінити справжню, це буде справжній прорив у медицині.

Штучна кров виконує дві основні функції:

1) збільшує обсяг кров'яних тілець

2) виконує функції збагачення киснем.

У той час як речовина, яка збільшує обсяг кров'яних тілець, вже давно використовується в лікарнях, киснева терапія поки що перебуває в стадії розробки та клінічних досліджень.

Передбачувані переваги та недоліки штучної крові

Гідність Недоліки

відсутність ризику зараження вірусами побічні ефекти

сумісність із будь-якою групою крові токсичність

при переливанні

виробництво у лабораторних умовах дорожнеча

відносна легкість зберігання

6. Штучна легеня

Американські вчені з Єльського університету під керівництвом Лаури Нікласон зробили прорив: їм вдалося створити штучну легеню і пересадити її щурам. Також окремо було створено легке, що працює автономно та імітує роботу цього органу

Треба сказати, що людська легеня є складним механізмом. Площа поверхні однієї легені у дорослої людини становить близько 70 квадратних метрів, зібраних так, щоб забезпечувати ефективне перенесення кисню та вуглекислого газу між кров'ю та повітрям. Але тканину легені важко відновлювати, тому зараз єдиний спосіб замінити пошкоджені ділянки органу - пересадка. Ця процедура дуже ризикована через високий відсоток відторгнень. Згідно зі статистикою, через десять років після трансплантації живими залишаються лише 10-20% пацієнтів.

«Штучне легке» є пульсуючим насосом, який подає повітря порціями з частотою 40-50 разів на хвилину. Звичайний поршень для цього не підходить, в струм повітря можуть потрапити частинки матеріалу його частин, що труться або ущільнювача. Тут, і в інших подібних пристроях використовують хутра з гофрованого металу або пластику – сильфони. Очищене та доведене до необхідної температури повітря подається безпосередньо в бронхи.

7. Штучні кістки

Медики з Імперіал коледжу в Лондоні стверджують, що їм вдалося виготовити кістковий матеріал, який найбільш схожий за своїм складом справжні кістки і має мінімальні шанси на відторгнення. Нові штучні кісткові матеріали фактично складаються з трьох хімічних сполук, які симулюють роботу справжніх клітин кісткової тканини.

Медики та фахівці з протезування по всьому світу зараз ведуть розробки нових матеріалів, які могли б послужити повноцінною заміною кісткової тканини в організмі людини.

Втім, на сьогодні вчені створили лише подібні до кісток матеріали, пересаджувати які замість справжніх кісток, нехай і зламаних, досі не доводилося. Основна проблема таких псевдо-кісткових матеріалів полягає в тому, що їх організм не розпізнає як «рідні» кісткові тканини і не приживається до них. У результаті, в організмі пацієнта з пересадженими кістками можуть початися масштабні процеси відторгнення, що в найгіршому варіанті може навіть призвести до масштабного збою в імунній системі та смерті пацієнта.

Мозкові протези

Мозкові протези - дуже складне, проте можливе завдання. Вже сьогодні можливе впровадження в людський мозок спеціального чіпа, який відповідатиме за короткочасну пам'ять та просторові відчуття. Такий чіп стане незамінним елементом для індивідуумів, які страждають на нейродегенеративні недуги. Мозкові протези поки що тільки тестуються, проте результати досліджень показують, що людство має всі шанси замінити частин мозку у майбутньому.

Штучні руки.

Штучні руки у ХІХ ст. поділялися на "робочі руки" та "руки косметичні", або предмети розкоші.

Для муляра або чорнороба обмежувалися накладенням на передпліччя або плече бандажа зі шкіряної гільзи з арматурою, до якої прикріплювався відповідний професії робочого інструменту - кліщі, кільце, гачок тощо.

Косметичні штучні руки, дивлячись по заняттях, способу життя, ступеня освіти та інших умов, були більш менш складні. Штучна рука могла мати форму природної, у витонченій лайковій рукавичці, здатна виконувати тонкі роботи; писати і навіть тасувати карти (як відома рука генерала Давидова).

Якщо ампутація не досягла ліктьового суглоба, то з допомогою штучної руки можна було повернути функцію верхньої кінцівки; але якщо ампутоване верхнє плече, то робота рукою була можлива лише за допомогою об'ємних, дуже складних апаратів, що вимагають великого зусилля.

Крім останніх, штучні верхні кінцівки складалися з двох шкіряних або металевих гільз для верхнього плеча і передпліччя, які над ліктьовим суглобом рухомо з'єднані в шарнірах за допомогою металевих шин. Пензель був зроблений з легкого дерева і нерухомо прикріплений до передпліччя або ж рухливий. У суглобах кожного пальця були пружини; від кінців пальців йдуть кишкові струни, які з'єднувалися позаду кістового суглоба і тривали у вигляді двох міцніших шнурків, причому один, пройшовши по валиках через ліктьовий суглоб, прикріплювався на верхньому плечі до пружини, інший, також рухаючись на блоці, вільно закінчувався. Якщо бажають при витягнутому плечі зберегти пальці стиснутими, то це вушко вішають на гудзик, що є на верхньому плечі. При довільному згинанні ліктьового суглоба пальці стулялися в цьому апараті і закривалися, якщо плече зігнуте під прямим кутом.

Для замовлень штучних рук достатньо було вказати заходи довжини та обсягу кукси, а також здорової руки, і пояснити техніку мети, яким вони повинні служити.

Протези для рук повинні мати всі необхідні властивості, наприклад, функцію закриття і відкриття кисті, утримання і випускання з рук будь-якої речі, і протез повинен мати вигляд, який якомога точніше копіює втрачену кінцівку. Існують активні та пасивні протези рук.

Пасивні лише копіюють зовнішній вигляд руки, а активні, які діляться на біоелектричні та механічні, виконують набагато більше функцій. Механічна кисть досить точно копіює справжню руку, тому будь-яка людина з ампутацією зможе розслабитися серед людей, а також зможе брати предмет і випускати його. Бандаж, який кріпиться на плечовому поясі, наводить кисть у рух.

Біоелектричний протез працює завдяки електродам, які зчитують струм, який виробляється м'язами під час скорочення, сигнал передається на процесор і протез рухається.

Штучні ноги

Для людини з фізичним ушкодженням нижніх кінцівок, звичайно, важливі якісні протези для ніг.

Саме від рівня ампутації кінцівки і залежатиме правильний вибір протеза, який замінить і зможе навіть відновити безліч функцій, які були властиві кінцівці.

Існують протези для людей, як молодих, так і літніх людей, а також для дітей, спортсменів, і тих, хто, незважаючи на ампутацію, веде таке ж активне життя. Протез високого класу складається із системи стоп, колінних шарнірів, адаптерів, зроблених із матеріалу високого класу та підвищеної міцності. Зазвичай при виборі протезу звертають пильну увагу на майбутні фізичні навантаження пацієнта і на вагу його тіла.

За допомогою високоякісного протезу людина зможе жити, як і раніше, практично не відчуваючи незручностей і навіть виконувати ремонт у будинку, закуповувати покрівельні матеріали та робити інші види силових робіт.

Найчастіше всі окремі деталі протеза роблять із найміцніших матеріалів, наприклад, з титану або легованої сталі.

Якщо людина важить до 75 кг, йому підбирають легші протези з інших сплавів. Існують невеликі модулі спеціально розроблені для дітей від 2 до 12 років. Для багатьох людей з ампутацією стала справжнім порятунком поява протезно-ортопедичних компаній, які виконують протези на замовлення рук та ніг, виготовляють корсети, устілки, ортопедичні апарати.

Висновок

Таким чином, штучні органи мають велике значення у сучасній медицині.

Список використаної літератури

1.Штучна нирка та її клінічне застосування, М., 1961; Fritz К. W., Hämodialyse, Stuttg., 1966.

Буреш Я. Електрофізіологічні методи дослідження. Медіїна. М., 1973.

Трансплантація органів та тканин у багатопрофільному науковому центрі, Москва, 2011, 420 стор під ред. М.Ш. Хубуття.

Відторгнення трансплантованого серця. Москва, 2005, 240 стор. Співавтори: В. І. Шумаков та О. П. Шевченко.

Галлетті П. М., Брічер Г. А., Основи та техніка екстракорпорального кровообігу, пров. з англ., М., 1966

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

АТ «Медичний університет Астана»

Кафедра: Медбіофізики та ОБЖ

Тема: «Штучні органи»

Астана 2014

Ідея про заміну хворих на здорові органи виникла у людини ще кілька століть тому. Але недосконалі методи хірургії та анестезіології не дозволяли здійснити задумане. У світі трансплантація органів зайняла гідне місце у лікуванні термінальних стадій багатьох захворювань. Було врятовано тисячі людських життів. Але проблеми виникли з іншого боку. Катастрофічний дефіцит донорських органів, імунологічна несумісність та тисячі людей у аркушах очікування того чи іншого органу, які так і не дочекалися своєї операції.

Вчені всього світу всі хащі замислювалися над створенням штучних органів, які могли б замінити справжні за своїми функціями, і в цьому напрямі було досягнуто певних успіхів. Нам відомі штучні нирки, легені, серце, шкіра, кістки, суглоби, сітківка, кохлеарні імплантати.

Штучні органи

Застосування штучних органів почалося досить давно, починаючи з 1982 року, коли шістдесятиоднолітня людина на ім'я Барні Кларк, у минулому дантист, першою отримала штучне серце Jarvik-7. Апаратура, яка підтримувала життя Кларка, була великою і громіздкою, але вона робила свою роботу, забезпечуючи кровообіг в організмі Кларка протягом 112 днів, поки він зрештою не помер через згустки крові та інші ускладнення.

Jarvik-7 досі використовується як тимчасовий пристрій для продовження життя людей із хворим серцем доти, доки їм не зроблять операцію з пересадки серця. Однак незабаром стало очевидно, що ця машина не придатна для постійного застосування. Вона надто складна, надто некерована і надто неефективна для практичного застосування, але вона дійсно відчинила двері для створення цілого ряду нових штучних органів, багато з яких, незважаючи на те, що знаходяться поки що в стадії розробки, дають велику надію на продовження тривалості життя людини.

Порівняно з іншими органами, такими як печінка та підшлункова залоза, серце – це відносно простий механізм. Йому не потрібно перетравлювати хімічні речовини, виробляти ферменти або фільтрувати рідини – воно просто має перекачувати кров. Враховуючи помилки, допущені при створенні першого штучного серця, дослідники в даний час працюють над удосконаленням апаратів штучного серця останнього покоління для того, щоб створити мініатюрний насос, який був би настільки маленьким, щоб його можна було впровадити в тіло і не використовувати при цьому велику систему підтримки. І, крім того, зараз вони в основному залишили ідею створення цілого механічного серця, сконцентрувавшись натомість на створенні пристроїв, які допомагають жити пацієнтам із серцевою недостатністю доти, доки для хворого серця не буде знайдено відповідну заміну.

Найбільш вражаючим прикладом такого допоміжного серцевого апарату є пристрій, що підтримує роботу лівого шлуночка (LVAD). Цей пристрій, який використовувався протягом минулих років, живиться від маленького акумулятора, який носиться на тілі в області живота. З його допомогою пристрій викачує кров із лівого шлуночка. LVAD дає додатковий час пацієнтам з хворим серцем, які очікують на операції з пересадки.

Наступним кроком, кажуть вчені, з'явиться створення штучного серця, яке повністю вживлятиметься в тіло, не вимагаючи великого блоку живлення, і яке зможе працювати так само, як справжнє серце. Одна з головних проблем, пов'язаних із штучним серцем, полягає в тому, як воно перекачує кров. Ранніші апарати, такі як Jarvik-7, покладалися на систему діафрагми, яка перекачувала кров. Проте вчені говорять, що вони знайшли більш надійний і досконалий спосіб - за допомогою крихітних двигунів, які встановлюються всередину пристрою за допомогою магніту.

Таке штучне серце, експериментальний орган, що одержав назву Стрімлайнер (Streamliner), було розроблено у Центрі МакГована. Цей легкий пристрій імплантується в область живота та перекачує кров через природне серце та артерії за допомогою пари трубок. Живлення надходить від індуктивного зчеплення, яке передає енергію від котушки, прикріпленої до маленької батареї, що носиться на поясі, до другої котушки та батареї, імплантованої прямо під шкірою. Така система забезпечила б користувачеві майже повну свободу – те, чого ніколи не було у Барні Кларка. Однак Стрімлайнер стане доступним ще не скоро; для його розробки потрібно ще багато місяців, і тільки після цього почнуться випробування, - кажуть його творці.

Створення штучного серця - це дитяча іграшка в порівнянні зі створенням складніших органів, таких як печінка, нирки або підшлункова залоза. Ці органи часто називають «розумними органами» через те, що вони виконують складні функції, і їх механічні замінники майже напевно повинні містити органічні тканини для того, щоб вони могли працювати належним чином. Чому? Наука має пройти ще дуже довгий шлях, перш ніж вона зможе створити механічні замінники органів, які змогли б працювати також, як справжні.

Більшість досліджень, спрямованих на створення біохімічних «розумних» органів, включають штучне вирощування клітин органу, взятих у людини або тварини, потім цю тканину поміщають у так званий біореактор – коробка або циліндр, в якому за допомогою постійної подачі кисню та необхідних поживних речовин створюються умови для підтримки життя та функціонування тканини. У більшості випадків зараз під час таких досліджень біореактор міститься у великому механізмі, який перекачує по трубах кров. Використання біореакторів, що повністю вживляються, буде можливим, принаймні, років через десять, - кажуть вчені-медики, хоча апарати тимчасового користування, які можна носити на тілі, можливо, з'являться дещо раніше.

Один із найнеобхідніших штучних органів – це нирка. В даний час десятки тисяч людей для того, щоб вижити, повинні регулярно піддаватися діалізу - шкідливій процедурі, що забирає багато часу. А діаліз – це недосконала процедура. Здорові нирки відфільтровують відходи сечовини з крові та забезпечують організм важливими поживними речовинами, такими як цукри та солі, отримані з цих відфільтрованих відходів. На жаль, механізми, за допомогою яких сьогодні здійснюється діаліз, просто не можуть виконувати друге завдання.

Її рішення, кажуть вчені, можливе за допомогою штучної біологічної нирки, яка була б спеціально вирощеною тканиною, поміщеною в механічний пристрій. Штучний орган такого типу міг би впоратися з усіма функціями справжньої нирки, і таким чином відпала потреба в традиційному діалізі для більшості людей.

Такий орган зараз намагаються розробити дослідники Мічиганського університету. Вони культивували проксимальні клітини канальців, взяті з бруньок свині, і переплели їх із надзвичайно тонкими волокнами, поміщеними всередину фільтраційного патрона. Цей патрон міститься в механізмі, який фільтрує кров пацієнта та повертає їй необхідні поживні речовини, які інакше були б втрачені. Ця система успішно випробувана на собаках, і в той момент, коли ця книга готувалася до видання, дослідники чекали на дозвіл на проведення випробувань на людях.

штучний орган імплантація

Швидше за все, біопочка, розроблена в Університеті Мічигана, використовуватиметься як тимчасовий захід, пристрій, який дозволить людям з гострою нирковою недостатністю жити доти, доки не буде знайдено справжній орган для трансплантації. Однак його творці кажуть, що поява більш маленького та досконалішого апарату – це лише питання часу. Такий пристрій, навіть не настільки досконалий, як справжня нирка, міг би скоротити час процедури діалізу на цілих 50 відсотків, і, можливо, навіть дозволити обходитися без неї зовсім.

Підшлункова залоза

Штучна підшлункова залоза - це ще складніший пристрій, ніж штучна нирка. Проте зусилля, спрямовані на її створення, того варті, - кажуть прихильники цієї ініціативи, оскільки такий пристрій міг би значно покращити здоров'я та якість життя мільйонів людей, які страждають на інсулінозалежну форму діабету.

Люди з інсулінозалежним діабетом повинні регулярно перевіряти кров на вміст цукру та вводити собі інсулін для того, щоб тримати хворобу під контролем. Один із найбільших недоліків такого лікування полягає в тому, що неможливо дізнатися точно, скільки інсуліну необхідно ввести хворому. Найчастіше пацієнтам доводиться виходити зі свого припущення. Це призводить до постійних коливань рівня глюкози, а це, як вважають, є причиною багатьох звичайних ускладнень, пов'язаних з діабетом, включаючи хворобу серця та проблеми із зором.

Ідеальна штучна підшлункова залоза могла б «здогадуватися» про рівень глюкози щодо реакції організму для того, щоб визначити точно, коли і скільки інсуліну йому потрібно. В даний час на стадії розробки знаходиться пристрій під назвою PancreAssist, над яким працюють біомедики з Лексінгтон, штат Массачусетс. Ця система контролює хімічні процеси в організмі та визначає, скільки інсуліну йому потрібно, а потім вводить його саме в той час, коли це необхідно.

PancreAssist - це пристрій, що складається з пластикового корпусу, трубчастої мембрани, що вживлюється, оточеної виробляють інсулін «острівцями» з клітин, взятих у свині. Коли потік крові користувача проходить трубою, ці острівці визначають рівень вмісту в крові глюкози і починають виробляти інсулін, який у потрібний момент надходить у кровотік, проходячи через мембрану.

Мембрана також відіграє важливу роль у захисті цих острівців від природних систем захисту організму, які відразу ж починали діяти, якби була така можливість. Якщо все йтиме добре, то клінічні випробування цього пристрою на людях можуть розпочатися протягом кількох найближчих років, – кажуть вчені.

Такий же важливий, але ще складніший орган - це печінка. Розташований у верхній правій ділянці живота, він відіграє важливу роль у засвоєнні організмом поживних речовин. Печінка перетворює зайву глюкозу на глікоген, який вона зберігає і потім повторно перетворює на глюкозу, коли це необхідно. Печінка також розщеплює зайві амінокислоти, перетворюючи їх на сечовину, допомагає організму засвоювати жир і виконує низку інших функцій. Коли печінка пошкоджена хворобою (гепатит С) або зловживання алкоголем, вона не може функціонувати належним чином. Печінкова недостатність, як правило, означає смерть.

Печінка - це трансплантабельний орган, але кількість людей, які потребують пересадки донорського органу, значно перевищує кількість донорських органів, тому існує гостра потреба у такому штучному органі. Створення штучної печінки, яка могла б функціонувати протягом усього життя, могло б допомогти незліченній кількості пацієнтів, які страждають на гостру печінкову недостатність і перебувають у безпорадному становищі. Проте такий орган з'явиться дуже нескоро. Найкращим і більш надійним виходом з цього положення може стати біологічна штучна система, яка могла б виконувати більшість функцій печінки протягом короткого періоду часу, достатнього для того, щоб хворий орган міг самостійно відновитися.

Деякі фахівці вважають, що у більшості випадків одного тижня було б достатньо для відновлення пошкодженої печінки настільки, щоб вона могла майже нормально функціонувати.

Не дивно, що кілька компаній наполегливо працюють над створенням таких систем. До них належить і компанія Сере Біомедікал, яка у співпраці зі спеціалістами Седар-Сінайського Медичного центру в Лос-Анджелесі розробила експериментальну систему під назвою Hepat Assist. Ця система, для створення якої використовувалися клітини, взяті з печінки свині, виводить токсини з крові майже так само, як і прототип біологічної штучної нирки, - кажуть дослідники. Пластмасовий патрон, зсередини покритий штучно вирощеними клітинами, вставляється у великий механізм, який очищає кров, що проходить через нього. У кращому випадку пацієнти будуть використовувати цей апарат приблизно шість годин щодня протягом одного тижня - часу, якого достатньо для того, щоб печінка могла себе відновити.

Біологічні штучні органи – це лише один підхід, який вчені намагаються використати у своєму пошуку способів продовження життя людей, організм яких з якихось причин відмовляється працювати. Інший підхід, який більше відноситься до наукової фантастики, ніж до реальності в цьому відношенні, але все-таки заслуговує на обговорення, - це концепція, пов'язана з поняттям «ксенотрансплантація», яка ґрунтується на ідеї пересадки хворим людям органів, отриманих від інших видів.

Проблему відторгнення організмом одержувача нового, чужорідного органу можна було б запобігти за допомогою введення в ці органи людських генів, які після цього не могли б спричинити природну імунну реакцію організму, - кажуть вчені.

Висновок

Штучні органи - це пристрої, призначені для тимчасової або постійної активної заміни втраченої функції природного прототипу (правда, ця функція ще не може бути повністю заміщена, особливо якщо конкретний прототип, наприклад легеня, печінка, нирка або підшлункова залоза, має комплекс складних функцій). Зі штучним органом не слід ототожнювати функціональний протез - пристрій, що пасивно відтворює основну втрачену функцію природного прототипу за рахунок своєї форми або конструктивної особливості.

Ідеальний штучний орган повинен відповідати наступним параметрам:

Його можна імплантувати в організм людини;

Він не має повідомлення з довкіллям;

Виготовлений з легкого, міцного матеріалу, що володіє високою біологічною сумісністю;

Довговічний, який витримує великі навантаження;

Повністю моделює функції природного аналога

Список використаної літератури

1. http://meduniver.com/Medical/Xirurgia/815.html\

2. http://transplantation.eurodoctor.ru/artificialorgan/

3. http://help-help.ru/old/239/

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Значення штучних органів у сучасній медицині. Активні та пасивні протези рук. Правильний вибір протезу для людини з фізичним ушкодженням нижніх кінцівок. Прототипи ефективних імплантованих штучно людині протезів щирого серця.

реферат, доданий 09.04.2016

Вивчення джерел та особливостей застосування стовбурових клітин. Дослідження технології вирощування штучних органів на основі стволових клітин. Переваги біологічного принтера. Характеристика механічних та електричних штучних органів.

презентація , доданий 20.04.2016

Поняття штучного серця, його призначення та показання до застосування. Пошук штучного серця з найбільш сучасними технологіями. Особливості аналогів цього апарату, їхня оцінка. Моделювання прототипу та гіпотези щодо подолання його недоліків.

реферат, доданий 12.07.2012

Імплантація штучного кришталика (інтраокулярної лінзи) у око. Види штучних кришталиків. Особливості проведення операції імплантації штучного кришталика при його помутнінні (катаракті), при виражених порушеннях гостроти зору.

презентація , додано 13.01.2014

Патогенез ураження нервової системи при соматичних захворюваннях. Захворювання серця та магістральних судин. Неврологічні порушення при гострих та хронічних захворюваннях легень, печінки, підшлункової залози, нирок. Поразки сполучної тканини.

лекція, доданий 30.07.2013

Огляд та порівняльна характеристика штучних клапанів. Штучні клапани. Дискові та двостулкові механічні штучні клапани серця. Штучне серце та шлуночки, їх характеристика, принцип роботи та особливості.

реферат, доданий 16.01.2009

Створення штучних органів як один із важливих напрямів сучасної медицини. Значення вибору матеріалів, адекватного поставленої мети інженерного рішення. Штучна кров, кровоносні судини, кишечник, серце, кістки, матка, шкіра, кінцівки.

презентація , додано 14.03.2013

Набуті вади серця (клапанні вади). Недостатність та стеноз мітрального, аортального та тристулкового клапанів. Лікування вроджених та набутих вад серця. Радикальна пластика чи імплантація штучних клапанів, коарктація аорти.

презентація , додано 05.02.2015

Особливості вивчення зовнішньої та внутрішньої секреції підшлункової залози. Білки, мінеральний склад підшлункової залози, нуклеїнові кислоти. Вплив різних факторів на вміст інсуліну у підшлунковій залозі. Опис аномалій підшлункової залози.

реферат, доданий 28.04.2010

Особливості розташування та функції підшлункової залози. Специфіка формування та розвитку цього органу. Порівняльно-анатомічні дані будови підшлункової залози у різних видів тварин. Значення підшлункової залози у регуляції вуглеводного обміну.

- 87.07 Кб

Карагандинський Державний Медичний Університет

Кафедра медичної біофізики та інформатики

Тема: Штучні органи.

Виконала: Кан Лілія 142 ОМ

Перевірив: Коршуков І.В.

Караганда 2012

Вступ.
Штучні легені (оксігенатори).
Штучна нирка (гемодіаліз).
Штучне серце.
Кардіостимулятори.
Біологічні протези Штучні суглоби.
Висновок.

Вступ.

Ідеї про заміну хворих на здорові органи виникли в людини ще кілька століть тому. Але недосконалі методи хірургії та анестезіології не дозволяли здійснити задумане. У світі трансплантація органів займає гідне місце у лікуванні термінальних стадій багатьох захворювань. Було врятовано тисячі людських життів. Але проблеми виникли з іншого боку. Катастрофічний дефіцит донорських органів, імунологічна несумісність та тисячі людей у аркушах очікування того чи іншого органу, які так і не дочекалися своєї операції.

Вчені по всьому світу все частіше замислювалися над створенням штучних органів, які могли б замінити справжні за своїми функціями, і в цьому напрямі досягнуто певних успіхів. Нам відомі штучні нирки, легені, серце, шкіра, кістки, суглоби, сітківка, кохлеарні імпланти.

Під час найскладніших операцій, що проводяться на серці, легенях або нирках, неоціненну допомогу медикам надають «Апарат штучного кровообігу», «Штучне легке», «Штучне серце», «Штучна нирка», які виконують функції органів, що оперуються, дозволяють на якийсь час призупинити їхню роботу. .

Штучні легені (оксігенатори).

Оксигенатором називають газообмінний одноразовий пристрій, який призначається для видалення з крові вуглекислоти та насичення її киснем. Оксигенатор використовують при проведенні кардіохірургічних операцій, або з метою поліпшити в організмі хворого кровообіг, якщо хворий страждає від захворювань легень або серця, вміст кисню в крові при яких сильно знижується.

Недоліками прямоточних пухирцевих оксигенаторів є сильний потік кисню і пов'язаний з цим гемоліз, а також спінювання та подальший перехід у рідкий стан всього об'єму крові, що проходить через оксигенатор. Кисень, що надходить у кров із нижньої частини пухирцевого оксигенатора протиточного типу, створює пінний стовп (екран), назустріч якому з верхньої частини оксигенатора стікає венозна кров. Цей принцип економічніший і ефективніший. Витрата кисню та кількість крові істотно менша, ніж у прямоточних оксигенаторах. Через спінювання невеликої частини венозної крові, що припливає, менше травмуються формені елементи крові. Недоліком зазначених оксигенаторів є складність управління, зумовлена необхідністю постійної наявності пінного стовпа. Оксигенаторами зазначеного типу забезпечені різні модифікації вітчизняних АІК.

Плівкові оксигенатори.

Як свідчить назва цих пристроїв, оксигенація відбувається при контакті плівки крові, що утворилася на будь-якій твердій поверхні, з киснем. Розрізняють стаціонарні та ротаційні плівкові оксигенатори. У стаціонарних оксигенаторах кров стікає нерухомими екранами, які знаходяться в атмосфері кисню. Прикладом служить оксигенатор Гіббона, за допомогою якого була проведена перша успішна операція на серці зі штучним кровообігом. Найбільш ефективними є ротаційні оксигенатори. До них відносяться популярні в минулому дисковий оксигенатор Кея – Кроса та циліндровий оксигенатор Крафорда – Сеннінг. Плівка крові, що утворюється на поверхні дисків або циліндрів, що обертаються, контактує з киснем, що подається в оксигенатор. Продуктивність ротаційних оксигенаторів на відміну екранних може бути збільшена за рахунок підвищення швидкості обертання дисків (циліндрів). Розглянуті плівкові та пухирцеві оксигенатори багаторазового користування мають історичний інтерес. На зміну їм прийшли оксигенатори одноразового користування в комплекті з теплообмінником, артеріальним та венозним резервуарами, спеціальною «антифомною» (силікон) секцією всередині оксигенатора, газовими та рідинними фільтрами, набором канюль та катетерів. Найбільшою популярністю користуються оксигенатори фірм Bentley (США), Harvey (США), Shiley (США), Polystan (Данія), Gambro (Швеція) та ін. Ці оксигенатори повністю задовольняють запити сучасної кардіохірургії та кардіоанестезіології. Але якщо необхідна тривала (більше 4 годин) штучна оксигенація крові, то шкідлива дія прямого контакту крові з киснем та вуглекислим газом стає небайдужою для організму. Антифізіологічність цього феномена проявляється зміною електрокінетичних сил, порушенням нормальної конфігурації молекул білків та його денатурацією, агрегацією тромбоцитів, викидом кінінів тощо. Щоб уникнути цього при тривалих перфузіях, більш доцільно користуватися мембранними оксигенаторами.

Штучна нирка (гемодіаліз).

Нирки – життєво важливий орган, без якого людина не може жити.
Різке порушення функції нирок у людини в короткий час може призвести до смерті. Тому що організм хворого втрачає здатність очищатися природним шляхом. Токсини та інші шкідливі речовини не видаляються, а накопичуються в організмі, що загрожує загальним отруєнням, в організмі відбуваються незворотні зміни та врятувати хворого вже не можна.

Гемодіаліз – це механічне очищення крові від відходів, солей та рідин, необхідне пацієнтам, нирки яких недостатньо здорові для виконання цієї роботи.

Гемодіаліз проводять за допомогою апарату штучної нирки. В основі його роботи лежать принципи діалізу, що дозволяє видалити з плазми крові речовини з невеликою молекулярною масою (електроліти, сечовину, креатинін, сечову кислоту та ін.), та частково ультрафільтрації, за допомогою якої виводяться надлишок води та токсичні речовини з вищою молекулярною масою .

Серед багатьох моделей апаратів штучної нирки виділяють два основні типи: апарати з целофановою мембраною, що має форму трубки діаметром 25-35 мм, та апарати з пластинчастою целофановою мембраною.

Найбільш широко за кордоном застосовують двокотушка штучну нирку Колфа-Уочінгера. Перевагою цієї моделі є те, що котушки з намотаними целофановими шлангами надходять із заводу в стерильному стані і при потребі можуть бути негайно використані. Простота установки та обігу, значна диалізуюча поверхня створили велику популярність цієї моделі. Недоліки апарату - велика ємність по крові і значний опір току крові через тугу обмотки двох діалізуючих шлангів. Тому на вході в діалізатор встановлюється насос.

Радянська модель штучної нирки належить до типу діалізаторів із пластинчастою целофановою мембраною.
Великий клінічний досвід радянських та зарубіжних клініцистів показує високу ефективність гемодіалізу у лікуванні хворих на ниркову недостатність.

Приєднують апарат до хворого на вено-венозний або артеріовенозний спосіб. При необхідності багаторазового застосування Р. пацієнту імплантують зовнішній артеріовенозний шунт або накладають підшкірну сусність між артерією та веною. За допомогою монітора здійснюють контроль та регуляцію хімічного складу, рН, тиску та температури діалізуючого розчину, швидкості його проходження, тиску крові в апараті та ін. Тривалість гемодіалізу 5-6 год.

Схема радянської моделі штучної нирки:

1 – катетер; 2 – насос по крові; 3 – діалізатор; 4 – вимірювач продуктивності; 5 - повітроуловлювач; 6 – фільтр; 7 – катетер повернення крові хворому; 8 – нагрівач; 9 - насос по діалізуючій рідині; 10 - бак для діалізуючого розчину; 11 - ротаметр за киснем; 12 - ротаметр за вуглекислотою; 13 - гідропривід перфузійного насоса.

Кров від хворого надходить по катетеру (1) за допомогою насоса (2) діалізатор (3). Проходячи між целофановими пластинками останнього (по кожній з його 11 секцій), кров хворого через целофанову пластинку стикається з діалізуючим розчином, що протікає назустріч. Склад його зазвичай стандартний і містить усі основні іони крові (К, Na, Са, Mg, Cl, НСO 3) і глюкозу в концентраціях, необхідних для корекції електролітного складу крові хворого. Після діалізатора кров надходить у вимірювач продуктивності (4), де уловлюються згустки крові та повітря. Далі кров по катетеру повертається до венозної системи хворого. Діалізуючий розчин за допомогою автоматичного нагрівача (8) доводять до t° 38° і насичують карбогеном з таким розрахунком, щоб його рН становила 7,4. За допомогою насоса (9) діалізуючий розчин подається до діалізатора. Швидкість кровотоку в діалізаторі зазвичай дорівнює 250-300 мл/хв.

Застосування штучної нирки за суворими показаннями з виконанням усіх запобіжних заходів і при ретельному спостереженні за хворим під час діалізу і після нього практично безпечно і не загрожує будь-якими ускладненнями.

Штучне серце.

Штучне серце - технологічний пристрій, призначений підтримки достатніх для життєдіяльності параметрів гемодинамики.

На даний момент під штучним серцем розуміються дві групи технічних пристроїв.

До першої відносяться гемооксигенатори, інакше апарати штучного кровообігу. Вони складаються з артеріального насоса, що перекачує кров, та блоку оксигенатора, який насичує кров киснем. Дане обладнання активно використовується в кардіохірургії при проведенні операцій на серці.
До другої відносяться кардіопротези, технічні пристрої, що імплантуються в організм людини, покликані замінити серцевий м'яз і підвищити якість життя хворого. В даний час дані пристрої є лише експериментальними та проходять клінічні випробування.

Одна із найкращих на сьогодні зарубіжних систем «Штучне серце» це «Новакор». З нею можна цілий рік чекати на операції. У кейсі-валізі «Новакора» знаходяться два пластмасові шлуночки. На окремому візку зовнішній сервіс – комп'ютер управління, монітор контролю, який залишається в клініці на очах у лікарів. Вдома, з хворим на блок живлення, акумуляторні батареї, які змінюються і заряджаються від мережі. Завдання хворого – стежити за зеленим індикатором ламп, що показують заряд акумуляторів.

Кардіостимулятори.

Кардіостимулятор – медичний прилад, призначений для дії на ритм серця. Основним завданням кардіостимулятора (водія ритму) є підтримка або нав'язування частоти серцевих скорочень пацієнту, у якого серце б'ється недостатньо часто, або є електрофізіологічне роз'єднання між передсердями та шлуночками (атріовентрикулярна блокада).

Показання до застосування:

Аритмія серця
Синдром слабкості синусового вузла
Атріовентрикулярна блокада

Кардіостимулятор є приладом у герметичному металевому корпусі невеликого розміру. У корпусі розташовується батарея та мікропроцесорний блок. Всі сучасні стимулятори сприймають власну електричну активність (ритм) серця, і якщо виникає пауза або інше порушення ритму/провідності протягом певного часу, прилад починає генерувати імпульси для стимуляції міокарда. В іншому випадку – за наявності адекватного власного ритму – кардіостимулятор імпульси не генерує. Ця функція називається "на вимогу" або "on demand".

Опис роботи