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).

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

Реферат

На тему: Штучні органи

Виконала: Нурпеїсова Д.

Група:144 ОМ

Перевірила: Маслікова О.І.

Астана 2015 рік

Вступ

1. Штучна нирка

2. Штучне серце

3. Штучний кишечник

4. Штучна шкіра

5. Штучна кров

6. Штучне легке

7. Штучні кістки

Висновок

Список використаної літератури

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.

1. 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 створ ня «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.

Модель серця .

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.

5. Штучна крове

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 в 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

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.

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

переліквикористаної літератури

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

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

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

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

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

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

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


Захворювання вен нижніх кінцівок. Венозні дисплазії, варикозне розширення вен нижніх кінцівок, гострий тромбофлебіт поверхневих вен, гострі тромбози глибоких нижніх вен. Посттромбофлебітичний синдром, тромбоемболія легеневої артерії.

реферат, доданий 15.03.2009


Протези, у яких поєднання окремих частин виробляється бюгелем. Фіксація протезу в ротовій порожнині. Бюгельні протези на коронках. 5 типів опорно-утримуючих кламерів. Відмінності бюгельних протезів з інших видів знімних конструкцій.

презентація , доданий 14.11.2016


Вивчення знімних протезів, таких як пластмасові пластинчасті протези, пластмасові пластинчасті іммедіатпротези, бюгельні протези, знімні сектори, сегменти зубних рядів. Протези на телескопічних коронках. Догляд за пластинним знімним протезом.

контрольна робота , доданий 17.11.2010


Топографічні особливості ротової порожнини при повній відсутності зубів, рухливість і податливість. Розгляд основних методів встановлення штучних зубів. Опис припасування та накладання протезів. Виготовляє знімні протези з м'якою підкладкою.

презентація , доданий 11.12.2014


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


Один із важливих напрямів сучасної медицини - створення штучних органів. Штучне серце, легені (оксігенатори), нирка (гемодіаліз). Технічні пристрої: гемооксигенератори, кардіопротези. Кардіостимулятори. Кардіовертер-дифібрилятор.

презентація , доданий 08.05.2015


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


Клінічні прояви варикозного розширення вен нижніх кінцівок, симптоми. Пігментація шкіри, вторинний екзематозний дерматит та трофічні виразки. Венозна гіпертензія, неспроможність прямих перфорантних вен та дисфункція м'язово-венозної помпи.

реферат, доданий 15.03.2009


Хронічні облітеруючі захворювання артерій нижніх кінцівок як уроджені чи набуті порушення прохідності артерій як стенозу чи оклюзії. Хронічна ішемія тканин нижніх кінцівок різної виразності та зміни у клітинах.

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 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.

"Апарат штучного кровообігу" влаштований аналогічно. Його шланги підключаються до кровоносних судин хірургічним шляхом. Перша спроба заміщення функції серця механічним аналогом було зроблено ще 1812 року. Однак досі серед безлічі виготовлених апаратів немає цілком задовольняючого лікарів.

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.

Апарати «Штучна нирка» працюють вже досить давно та успішно застосовуються медиками. Ще в 1837 році, вивчаючи процеси руху розчинів через напівпроникні мембрани, Т. Грехен вперше застосував і ввів у вживання термін «діаліз» (від грецького dialisis – відділення). Але лише 1912 року з урахуванням цього у США було сконструйовано апарат, з допомогою якого його автори проводили експериментально видалення саліцилатів із крові тварин. В апараті, названому ними «штучна нирка», як напівпроникну мембрану були використані трубочки з колодію, якими текла кров тварини, а зовні вони омивали ізотонічним розчином хлориду натрію. Втім, колодій, застосований Дж. Абелем, виявився досить крихким матеріалом і надалі інші автори для діалізу пробували інші матеріали, такі як кишечник птахів, плавальний бульбашок риб, очеревину телят, очерет, папір.

Для запобігання згортанню крові використовували гірудин - поліпептид, що міститься в секреті слинних залоз медичної п'явки. Ці два відкриття і з'явилися прототипом всіх подальших розробок в області очищення нирки.

Якими б не були вдосконалення в цій галузі, принцип поки що залишається одним і тим самим. У будь-якому варіанті «штучна нирка» включає напівпроникну мембрану, з одного боку якої тече кров, а з іншого боку - сольовий розчин. Для запобігання згортанню крові використовують антикоагулянти - лікарські речовини, що зменшують згортання крові. У цьому випадку відбувається вирівнювання концентрацій низькомолекулярних сполук іонів, сечовини, креатиніну, глюкози та інших речовин з малою молекулярною масою. При збільшенні пористості мембрани виникає переміщення речовин із більшою молекулярною масою. Якщо ж до цього процесу додати надлишковий гідростатичний тиск з боку крові або негативний тиск з боку розчину, що омиває, то процес перенесення буде супроводжуватися і переміщенням води - конвекційний масообмін. Для перенесення води можна скористатися осмотичним тиском, додаючи в діалізат осмотично активні речовини. Найчастіше з цією метою використовували глюкозу, рідше фруктозу та інші цукри та ще рідше продукти іншого хімічного походження. При цьому, вводячи глюкозу у великих кількостях, можна отримати дійсно виражений дегідратаційний ефект, проте підвищення концентрації глюкози в діалізі вище деяких значень не рекомендується через можливість розвитку ускладнень. Нарешті, можна взагалі відмовитися від розчину (діалізату), що омиває мембрану, і отримати вихід через мембрану рідкої частини крові вода і речовини з молекулярною масою широкого діапазону.

У 1925 році Дж. Хаас провів перший діаліз у людини, а в 1928 році він використовував гепарин, оскільки тривале застосування гірудину було пов'язане з токсичними ефектами, та й сам його вплив на згортання крові було нестабільним. Вперше гепарин був застосований для діалізу в 1926 році в експерименті X. Нехельсом і Р. Лімом.

Оскільки перелічені вище матеріали виявлялися малопридатними як основу 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 напівпроникних мембран.

Перший апарат «штучна нирка», придатний широкого клінічного застосування, створили 1943 року В.Колффом і X.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, та плоскопаралельних, у 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 та 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 були завжди спрямовані на вдосконалення саме цієї ланки у складній системі апарату загалом. Проте технічна думка не залишала без уваги 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.

Комбінація діалізу «на злив» та техніки рециркуляції була використана в ряді апаратів «штучна нирка», наприклад, американською фірмою «Travenol». У цьому випадку близько 8 літрів діалізату з великою швидкістю циркулювало в окремій ємності, в яку був поміщений діалізатор, і яку кожну хвилину додавали по 250 мілілітрів свіжого розчину і стільки ж викидали в каналізацію.

Спочатку для гемодіалізу використовували просту водопровідну воду, потім через її забрудненість, зокрема мікроорганізмами, пробували застосовувати дистильовану воду, але це виявилося дуже дорогою і малопродуктивною справою. Радикально питання було вирішено після створення спеціальних систем підготовки водопровідної води, куди входять фільтри для її очищення від механічних забруднень, заліза та його оксидів, кремнію та інших елементів, іонообмінні смоли для усунення жорсткості води та встановлення так званого «зворотного» осмосу.

Багато зусиль витрачено на вдосконалення моніторних систем апаратів «штучна нирка». Так, крім постійного стеження за температурою діалізату, стали постійно спостерігати за допомогою спеціальних датчиків та за хімічним складом діалізату, орієнтуючись на загальну електропровідність діалізату, яка змінюється при зниженні концентрації солей і підвищується при збільшенні такої. Після цього в апаратах "штучна нирка" стали застосовувати іоно-селективні проточні датчики, які постійно стежили б за іонною концентрацією. Комп'ютер же дозволив керувати процесом, вводячи з додаткових ємностей елементи, що бракують, або змінювати їх співвідношення, використовуючи принцип зворотного зв'язку.

Величина ультрафільтрації в ході діалізу залежить не тільки від якості мембрани, завжди вирішальним фактором є трансмембранний тиск. Тому в моніторах стали широко застосовувати датчики тиску: ступінь розрідження за діалізатом, величина тиску на вході та виході діалізатора. Сучасна техніка, що використовує комп'ютери, дозволяє програмувати ультрафільтрацію. Виходячи з діалізатора, кров потрапляє у вену хворого через повітряну пастку, що дозволяє судити на око про приблизну величину кровотоку, схильність крові до згортання. Для попередження повітряної емболії ці пастки постачають повітропроводами, за допомогою яких регулюють у них рівень крові. В даний час у багатьох апаратах на повітряні пастки надягають ультразвукові або фотоелектричні детектори, які автоматично перекривають венозну магістраль при падінні в пастці рівня крові нижче заданого.

Нещодавно вчені створили прилади, які допомагають людям, які втратили зір, - повністю або частково.

Диво-окуляри, наприклад, розроблені у науково-впроваджувальній виробничій фірмі «Реабілітація» на основі технологій, які використовувалися раніше лише у військовій справі. Подібно до нічного прицілу, прилад діє за принципом інфрачервоної локації. Чорно-матове скло окулярів насправді є пластинами з оргскла, між якими укладено мініатюрний локаційний пристрій. Весь локатор разом із очковою оправою важить близько 50 грамів – приблизно стільки ж, скільки й звичайні окуляри. І підбирають їх, як і окуляри для зрячих, суворо індивідуально, щоб було зручно і красиво. Лінзи не тільки виконують свої прямі функції, але і прикривають дефекти очей. З двох десятків варіантів кожен може вибрати для себе найбільш вдалий. Користуватися окулярами зовсім не важко: треба надіти їх та включити живлення. Джерелом енергії для них є плоский акумулятор розмірами з пачку сигарет. Тут же, у блоці, міститься і генератор. Випромінені їм сигнали, натрапивши на перешкоду, повертаються назад і вловлюються «лінзами-приймачами». Прийняті імпульси посилюються, порівнюються з пороговим сигналом, і, якщо є перешкода, звучить зумер - тим голосніше, чим ближче підійшла до неї людина. Дальність дії приладу можна регулювати за допомогою одного з двох діапазонів.

Роботи зі створення електронної сітківки успішно ведуться американськими фахівцями НАСА та Головного центру при університеті Джона Гопкінса.

Спочатку вони постаралися допомогти людям, у яких ще збереглися деякі залишки зору. «Для них створені телеочки, – пишуть у журналі «Юний технік» С. Григор'єв та Є. Рогов, – де замість лінз встановлені мініатюрні телеекрани. Так само мініатюрні відеокамери, розташовані на оправі, пересилають у зображення все, що потрапляє в поле зору звичайної людини. Однак для слабозорого картина ще й дешифрується за допомогою вбудованого комп'ютера. Такий прилад особливих чудес не створює і сліпих зрячими не робить - вважають фахівці, але дозволить максимально використати зорові здібності, що ще залишилися в людини, полегшить орієнтацію.

Наприклад, якщо в людини залишилася хоча б частина сітківки, комп'ютер «розщепить» зображення таким чином, щоб людина могла бачити навколишнє хоча б за допомогою периферійних ділянок, що збереглися.

За оцінками розробників, подібні системи допоможуть приблизно 2,5 мільйонів людей, які страждають на дефекти зору. Ну а як бути з тими, у кого сітківка майже повністю втрачена? Для них вчені центру очей, що працює при університеті Дюка (штат Північна Кароліна), освоюють операції з вживлення електронної сітківки. Під шкіру імплантуються спеціальні електроди, які, будучи з'єднані з нервами, передають зображення мозок. Сліпий бачить картину, що складається з окремих точок, що світяться, дуже схожу на демонстраційне табло, що встановлюють на стадіонах, вокзалах і в аеропортах. Зображення на «табло» знову створюють мініатюрні телекамери, укріплені на очковій оправі».

І, нарешті, останнє слово науки на сьогоднішній день – спроба методами сучасної мікротехнології створити нові чутливі центри на пошкодженій сітківці. Такими операціями займаються зараз у Північній Кароліні професор Рост Пропет та його колеги. Спільно із фахівцями НАСА вони створили перші зразки субелектронної сітківки, яка безпосередньо імплантується у око.

«Наші пацієнти, звісно, ​​ніколи не зможуть милуватися полотнами Рембрандта, – коментує професор. - Однак розрізняти, де двері, а де вікно, дорожні знаки та вивіски вони таки будуть.

Співробітники найкращої приватної детективної агенції в Москві професійно вирішать ваші питання.

Минулого року створили ембріон – суміш свині та людини, цього року – помістили людські клітини в ембріон вівці. Стовбурові клітини перепрограмують у різні інші, роблять зі шкіри сітківку ока, м'язи та взагалі що завгодно, вирощують моделі органів на крихітних чіпах – навіщо все це потрібно? Яку користь такі дослідження можуть принести звичайнісінькому пацієнтові?

Майбутнє трансплантації

Користь насправді величезна. Ніхто з нас не застрахований від хвороб та травм, результатом яких може стати відмова того чи іншого органу. Люди не саламандри і не черви і навіть хвіст собі відростити не здатні, не кажучи вже про нову голову.

Рибки даніо-реріо можуть відновитися після травм серця, а ми – не вони, наша регенерація, на жаль, змушує бажати кращого, тому для сотень тисяч людей єдиний спосіб зараз отримати працюючі серце, легені чи печінку – це пересадка органу від донора.

Реципієнтів – сотні тисяч. Донорів – набагато менше, відповідних конкретній людині – критично мало. Якщо у разі нирки донор може бути живим (і, скажімо, родичем, таких випадків повно), то з серцем, наприклад, такого вже не вийде. Сотні людей щодня вмирають лише тому, що потрібного донора не встигли знайти. Саме тому дослідження у галузі вирощування штучних органів критично важливі.

До чого тут ембріони тварин?

До вирощування нових органів прямо всередині пацієнтів науці ще дуже далеко, а ось модифікація ембріонів тварин вже доступна. Перші живі химери (так називають організми, в яких співіснує генетичний матеріал із різних зиґот, а зигота - це те, що виходить після зустрічі статевих клітин) показали, що в тілі тварини цілком можуть рости людські клітини.

У ембріонів свиней почали формуватися органи, зокрема серце та печінку. Виходить, що при точному налаштуванні виростити людський орган усередині тварини реально не лише теоретично, а й практично, а тепер з'ясувалося, що і з вівцями таке теж може вийти. Таким чином, штучні органи – це питання часу.

Щоправда, досить віддаленого, бо поки що фахівці не розібралися, як диригувати цим клітинним оркестром, та й етичні питання, що виникають у процесі таких модифікацій, досить складні. Фахівцям доводиться думати не лише власне про органи, а й про те, як утриматися на межі та не зробити свиню чи вівцю надто людиною.

Зрозуміло, це не буде гібрид типу Мінотавра (такого просто ніхто не вирощуватиме, дурнів немає, а якщо є - їм швидко настукають по рогах), але зараз концентрація людських клітин в ембріонах (яких, зрозуміло, після дослідження знищили якраз, щоб уникнути ексцесів ) – одна на 10 тисяч, а треба – 1 на 100 або, можливо, навіть більше. Загалом, поки що незрозуміло, як налаштувати тонку механіку, але вже ясно, що це в принципі можливо.

Нинішні біотехнології дозволяють дуже багато. Відомо, наприклад, що одні фахівці створили потенційно корисну для штучних органів систему судин, знеклеивши лист шпинату. Всі рослинні клітини вичистили, а основу, що залишилася, населили людськими.

Інші дослідники зробили матеріал, з якого в майбутньому можливо буде робити, наприклад, латки для серця після інфаркту: штучна тканина і може скорочуватися, і електрику проводить. Тут уже, напевно, нічого пояснювати не треба – і так зрозуміло, навіщо потрібна така латка.

Втім, не єдиною трансплантацією буде жива людина. У штучних органів або навіть їхніх міні-версій - повністю функціональних зменшених копій - є й інша найважливіша функція. Там можна перевіряти дію нових препаратів і моделювати процес перебігу захворювань, не залучаючи до досліджень людей.

Робота в цьому напрямку ведеться колосальна - наприклад, з щурих сердець вже вміють робити зменшені моделі людських, очищаючи їх від тварин клітин та заселяючи, відповідно, клітинами Homo sapiens, створювали міні-шлунки, міні-легкі, міні-нирки і навіть модель жіночої репродуктивної системи, яку після певного доопрацювання потенційно можна використовувати для персоніфікованої медицини - заселяти її клітинами конкретної пацієнтки та дивитися, як працюватимуть у неї ліки.

Все це звучить досить футуристично, але згадайте - всього років 30 тому не можна було й подумати про смартфони та потужні комп'ютери, а зараз? На початку минулого століття не було антибіотиків - зараз їх безліч видів. Та що там говорити, люди вже й на пересадку голови замахнулися – правда, поки що безуспішно, але раніше це навіть уявити не можна було. Тож майбутнє вже настає – сьогодні.

Ксенія Якушина

Фото istockphoto.com

Штучні органи людини

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 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 - сильфон. Очищене та доведене до необхідної температури повітря подається безпосередньо в бронхи.

"Апарат штучного кровообігу" влаштований аналогічно. Його шланги підключаються до кровоносних судин хірургічним шляхом.

Перша спроба заміщення функції серця механічним аналогом було зроблено ще 1812 року. Однак досі серед безлічі виготовлених апаратів немає цілком задовольняючого лікарів.

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, що залишається у клініці на очах лікарів. Будинки з хворим – блок живлення, акумуляторні батареї, які змінюються та заряджаються від мережі. Завдання хворого – стежити за зеленим індикатором ламп, що показують заряд акумуляторів.

Апарати «Штучна нирка» працюють вже досить давно та успішно застосовуються медиками.

Ще в 1837 році, вивчаючи процеси руху розчинів через напівпроникні мембрани, Т. Грехен вперше застосував і ввів у вживання термін «діаліз» (від грецького dialisis – відділення). Але лише 1912 року з урахуванням цього у США було сконструйовано апарат, з допомогою якого його автори проводили експериментально видалення саліцилатів із крові тварин. В апараті, названому ними «штучна нирка», як напівпроникну мембрану були використані трубочки з колодію, якими текла кров тварини, а зовні вони омивали ізотонічним розчином хлориду натрію. Втім, колодій, застосований Дж. Абелем, виявився досить крихким матеріалом і надалі інші автори для діалізу пробували інші матеріали, такі як кишечник птахів, плавальний бульбашок риб, очеревину телят, очерет, папір.

Для запобігання згортанню крові використовували гірудин – поліпептид, що міститься в секреті слинних залоз медичної п'явки. Ці два відкриття і з'явилися прототипом всіх подальших розробок в області очищення нирки.

Якими б не були удосконалення в цій галузі, принцип поки що залишається одним і тим самим. У будь-якому варіанті «штучна нирка» включає наступні елементи: напівпроникна мембрана, з одного боку якої тече кров, а з іншого боку – сольовий розчин. Для запобігання згортанню крові використовують антикоагулянти – лікарські речовини, що зменшують згортання крові. У цьому випадку відбувається вирівнювання концентрацій низькомолекулярних сполук іонів, сечовини, креатиніну, глюкози та інших речовин з малою молекулярною масою. При збільшенні пористості мембрани виникає переміщення речовин із більшою молекулярною масою. Якщо ж до цього процесу додати надлишковий гідростатичний тиск з боку крові або негативний тиск з боку розчину, що омиває, то процес перенесення буде супроводжуватися і переміщенням води - конвекційний масообмін. Для перенесення води можна скористатися осмотичним тиском, додаючи в діалізат осмотично активні речовини. Найчастіше з цією метою використовували глюкозу, рідше фруктозу та інші цукри та ще рідше продукти іншого хімічного походження. При цьому, вводячи глюкозу у великих кількостях, можна отримати дійсно виражений дегідратаційний ефект, проте підвищення концентрації глюкози в діалізі вище деяких значень не рекомендується через можливість розвитку ускладнень.

Нарешті, можна взагалі відмовитися від розчину (діалізату), що омиває мембрану, і отримати вихід через мембрану рідкої частини крові: вода і речовини з молекулярною масою широкого діапазону.

У 1925 році Дж. Хаас провів перший діаліз у людини, а в 1928 році він використовував гепарин, оскільки тривале застосування гірудину було пов'язане з токсичними ефектами, та й сам його вплив на згортання крові було 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.

Комбінація діалізу «на злив» та техніки рециркуляції була використана в ряді апаратів «штучна нирка», наприклад, американською фірмою «Travenol». У цьому випадку близько 8 літрів діалізату з великою швидкістю циркулювало в окремій ємності, в яку був поміщений діалізатор і яку кожну хвилину додавали по 250 мілілітрів свіжого розчину і стільки ж викидали в каналізацію.

Спочатку для гемодіалізу використовували просту водопровідну воду, потім через її забрудненість, зокрема мікроорганізмами, пробували застосовувати дистильовану воду, але це виявилося дуже дорогою і малопродуктивною справою. Радикально питання було вирішено після створення спеціальних систем підготовки водопровідної води, куди входять фільтри для її очищення від механічних забруднень, заліза та його оксидів, кремнію та інших елементів, іонообмінні смоли для усунення жорсткості води та встановлення так званого «зворотного» осмосу.

Багато зусиль витрачено на вдосконалення моніторних систем апаратів «штучна нирка». Так, крім постійного стеження за температурою діалізату, стали постійно спостерігати за допомогою спеціальних датчиків та за хімічним складом діалізату, орієнтуючись на загальну електропровідність діалізату, яка змінюється при зниженні концентрації солей і підвищується при збільшенні такої.

Після цього в апаратах "штучна нирка" стали застосовувати іоно-селективні проточні датчики, які постійно стежили б за іонною концентрацією. Комп'ютер же дозволив керувати процесом, вводячи з додаткових ємностей елементи, що бракують, або змінювати їх співвідношення, використовуючи принцип зворотного зв'язку.

Величина ультрафільтрації в ході діалізу залежить не тільки від якості мембрани, у всіх випадках вирішальним фактором є трансмембранний тиск, тому в моніторах стали широко застосовувати датчики тиску: ступінь розрідження діалізу, величина тиску на вході і виході діалізатора. Сучасна техніка, що використовує комп'ютери, дозволяє програмувати ультрафільтрацію.

Виходячи з діалізатора, кров потрапляє у вену хворого через повітряну пастку, що дозволяє судити на око про приблизну величину кровотоку, схильність крові до згортання. Для попередження повітряної емболії ці пастки постачають повітропроводами, за допомогою яких регулюють у них рівень крові. В даний час у багатьох апаратах на повітряні пастки надягають ультразвукові або фотоелектричні детектори, які автоматично перекривають венозну магістраль при падінні в пастці рівня крові нижче заданого.

Нещодавно вчені створили прилади, які допомагають людям, які втратили зір – повністю чи частково.

Диво-окуляри, наприклад, розроблені у науково-впроваджувальній виробничій фірмі «Реабілітація» на основі технологій, які використовувалися раніше лише у військовій справі. Подібно до нічного прицілу, прилад діє за принципом інфрачервоної локації. Чорно-матове скло окулярів насправді є пластинами з оргскла, між якими укладено мініатюрний локаційний пристрій. Весь локатор разом із очковою оправою важить близько 50 грамів – приблизно стільки ж, скільки й звичайні окуляри. І підбирають їх, як і окуляри для зрячих, суворо індивідуально, щоб було зручно і красиво. Лінзи не тільки виконують свої прямі функції, але і прикривають дефекти очей. З двох десятків варіантів кожен може вибрати для себе найбільш вдалий.

Користуватися окулярами зовсім не важко: треба надіти їх та включити живлення. Джерелом енергії для них є плоский акумулятор розмірами з пачку сигарет. Тут же, у блоці, міститься і генератор.

Випромінені їм сигнали, натрапивши на перешкоду, повертаються назад і вловлюються «лінзами-приймачами». Прийняті імпульси посилюються, порівнюються з пороговим сигналом, і, якщо є перешкода, зараз звучить зумер – тим голосніше, чим ближче до неї підійшла людина. Дальність дії приладу можна регулювати за допомогою одного з двох діапазонів.

Роботи зі створення електронної сітківки успішно ведуться американськими фахівцями НАСА та Головного центру при університеті Джона Гопкінса.

Спочатку вони постаралися допомогти людям, у яких ще збереглися деякі залишки зору. «Для них створено телеок, – пишуть у журналі «Юний технік» С. Григор'єв та Є. Рогов, – де замість лінз встановлені мініатюрні телеекрани. Так само мініатюрні відеокамери, розташовані на оправі, пересилають у зображення все, що потрапляє в поле зору звичайної людини. Однак для слабозорого картина ще й дешифрується за допомогою вбудованого комп'ютера. Такий прилад особливих чудес не створює і сліпих зрячими не робить, вважають фахівці, але дозволить максимально використати зорові здібності, що ще залишилися в людини, полегшить орієнтацію.

Наприклад, якщо в людини залишилася хоча б частина сітківки, комп'ютер «розщепить» зображення таким чином, щоб людина могла бачити навколишнє хоча б за допомогою периферійних ділянок, що збереглися.

За оцінками розробників, подібні системи допоможуть приблизно 2,5 мільйонів людей, які страждають на дефекти зору. Ну а як бути з тими, у кого сітківка майже повністю втрачена? Для них вчені центру очей, що працює при університеті Дюка (штат Північна Кароліна), освоюють операції з вживлення електронної сітківки. Під шкіру імплантуються спеціальні електроди, які, будучи з'єднані з нервами, передають зображення мозок. Сліпий бачить картину, що складається з окремих точок, що світяться, дуже схожу на демонстраційне табло, що встановлюють на стадіонах, вокзалах і в аеропортах. Зображення на «табло» знову створюють мініатюрні телекамери, укріплені на очковій оправі».

І, нарешті, останнє слово науки сьогодні – спроба методами сучасної мікротехнології створити нові чутливі центри на пошкодженій сітківці. Такими операціями займаються зараз у Північній Кароліні професор Рост Пропет та його колеги. Спільно із фахівцями НАСА вони створили перші зразки субелектронної сітківки, яка безпосередньо імплантується у око.

«Наші пацієнти, звісно, ​​ніколи не зможуть милуватися полотнами Рембрандта, – коментує професор. – Однак розрізняти, де двері, а де вікно, дорожні знаки та вивіски вони таки будуть…»