Искусственное сердце

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт нефти и газа

Кафедра: КС

РЕФЕРАТ

на тему: Искусственное сердце

Выполнил: ст. гр. БМС-07-1

Сенькин В.Е

Проверил: Хлынов М.

Тюмень 2011

В последние годы в мире наблюдается тенденция увеличения количества операции? по имплантации механических аппаратов, поддерживающих сердечную деятельность, так как пересадка донорского органа связана со многими неразрешимыми биологическими и социальными проблемами и не может обеспечить всех нуждающихся. Сегодня полностью удовлетворить потребность в донорских сердцах не удается, поэтому чрезвычаи?но актуальнои? является задача по созданию автономных имплантируемых систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. В решении этои? проблемы можно выделить два основных направления: постоянная замена естественного органа протезом, полностью заменяющим насосную функцию сердца и способного длительные годы поддерживать кровообращение - искусственное сердце; временная замена функции на период лечения сердца до восстановления его функциональнои? способности. К последнему направлению относятся методы временнои? помощи сердцу и замены его нагнетательнои? функции механическими устрои?ствами, объединенными понятием «вспомогательное кровообращение».

Идея создать искусственныи? насос, заменяющии? естественное сердце человека, родилась в России в 1937, когда преподаватель биофака МГУ Владимир Демехов сконструировал насос крови, работавшии? от внешнего электродвигателя. Устрои?ство вставили вместо сердца собаке, прожившеи? после этого два с половинои? часа. Однако начавшаяся вои?на надолго отвлекла исследователеи? от проблемы искусственного сердца, и вернулись к неи? лишь через полтора десятка лет. В 1954 году опыт Демехова сумел повторить американец Уильям Кольф, которыи? разработал искусственное сердце из полихлорвинила, состоящее из двух мешочков, включенных в единыи? корпус. Оно имело 4 трехстворчатых клапана из того же материала и работало от пневмопривода, расположенного снаружи. Эти исследования положили начало целои? серии конструктивных решении? искусственного сердца с внешним приводом.

В начале 60-х к экспериментам с первыми моделями искусственного сердца в США приступило сразу несколько научных центров. В апреле 1969 года в Техасском институте сердца в Хьюстоне профессор Д. Кули произвел эксперимент по пересадке искусственного сердца 47-летнему X. Карпу. Он находился в госпитале в ожидании операции по пересадке сердца от донора. Однако вдруг состояние его резко ухудшилось, и, по словам профессора Кули, он умер бы, если бы не было пересажено искусственное сердце, которое сконструировал аргентинский врач Д. Лиотта, работающий в США. «Сердце» состояло из дакроновых волокон и пластика, приводилось в движение электрическим приводом. Когда был найден донор, профессор Кули заменил искусственное сердце сердцем 40-летней женщины, умершей от заболевания мозга. Однако на другой же день оно перестало биться, и больной умер.

Затем соответствующую лабораторию создали и в Советском Союзе. Профессор В. Шумаков с группой сотрудников из научно-сследовательского института трансплантологии и искусственных органов МЗ СССР в последнее время добился большого успеха, создав искусственное сердце, уже испытанное на животных. Аналогичные работы ведутся и в других институтах и лабораториях нашей страны.

Чтобы обеспечить продвижение вперед, к делу привлекли космическую промышленность. У создателеи? ракетных двигателеи? и тех, кто старался наи?ти достои?ную замену самому главному насосу человеческого организма, оказалось много общих задач. И здесь и там выдвигались особые требования к надежности конструкции? и материалов. И в том и в другом случае для управления двигателями использовались сложнеи?шие механика и математика. В США на основе принципов конструкции главных топливных турбонасосов аппарата «Шатл» позднее был изготовлен миниатюрныи? насос крови. В СССР алгоритмы управления для искусственного сердца разрабатывал Институт проблем управления АН СССР, которыи? одновременно занимался разработкои? управления двигателями космических кораблеи?.

Искусственное сердце (ИС) - частично или полностью имплантируемое механическое устрои?ство, позволяющее временно заменить насосную функцию собственного сердца больного, когда оно становится неспособным выполнять требуемую работу по обеспечению организма достаточным количеством крови. Наиболее разработано искусственное сердце на пневмоприводе. Рабочая его часть (имплантируемое насосное устрои?ство) представляет собои? два искусственных желудочка, изготовленных из биополимеров медицинского назначения (чаще из полиуретана). Каждыи? искусственныи? желудочек состоит из кровянои? и воздушнои? камер. Кровяные камеры с помощью специальных манжет, содержащих искусственные клапаны, соединяют с предсердиями, аортои? и легочным стволом. Воздушные камеры через воздуховод длинои? 1,5-2 м связаны с компрессорами, которые находятся вне организма больного. При подаче воздуха гибкая мембрана, разделяющая камеры, перемещается в полость кровянои? камеры и происходит выброс крови в магистральныи? сосуд. При создании вакуума мембрана втягивается в полость воздушнои? камеры, благодаря чему кровь из предсердии? поступает в кровяную камеру. Регуляция этого процесса осуществляется с помощью специальнои? системы управления - так называемого привода искусственного сердца. Как правило, работа ИС на пневмоприводе бывает необходима на протяжении нескольких недель.

Разработаны и проходят экспериментальную апробацию электромеханические и электрогидравлические насосные устрои?ства. Их механическая часть, электронныи? блок управления и источник питания являются полностью имплантируемыми. Эти ИС рассчитаны на длительное постоянное использование.

Чаще всего у человека выходит из строя левыи? желудочек - самая мощная камера сердца, обеспечивающая выброс крови в артерии и капилляры по всему телу. Не справляясь со своеи? работои?, сердце постоянно увеличивается в размерах и от этого работает все хуже. Чтобы помочь ему, достаточно "включить" в обход левои? половины сердца дополнительныи? насос, выполняющии? функции левого желудочка. Таким образом можно было бы спасти жизнь 35-40 процентам больных, нуждающихся в трансплантации. Опыты показали, что временная разгрузка больного сердца включает в организме человека резервные механизмы - в 15-20 процентах случаев сердечнои? недостаточности временныи? "отдых" ведет к восстановлению клеток сердца, и в результате, через несколько месяцев можно убрать искусственныи? левыи? желудочек и не делать трансплантацию.

Исходя из этого, россии?ские специалисты совместно с конструкторами авиазавода Сухого в середине 80-х годов приступили к разработке искусственного левого желудочка "Ясень-22". Его клинические испытания закончились блестяще - после того как функция сердца восстанавливалась, больные отключались от 2 устрои?ства и выписывались в удовлетворительном состоянии. Примерно в то же время в Москву приехали американские специалисты, которые привезли с собои? партию искусственных левых желудочков - насосов "Биопамп". Эти устрои?ства применялись при двухэтапнои? трансплантации сердца. Такие искусственные левые желудочки сравнительно дешевы, ими легко управлять. Хотя они и не дают пульсирующего кровотока, организм это переносит сравнительно легко.

В 90-е годы в США была разработана более совершенная модель искусственного левого желудочка - "Novacor". Имплантат состоит из имплантируемои?, переноснои? и стационарнои? частеи?. Имплантируемая часть представлена насосом, обеспечивающим выброс крови до 3 - 10 л/мин. Наружная носимая часть включает в себя портативныи? контроллер, соединенныи? с насосом кабелем, покрытым биополимерным материалом и имеющим заменяемыи? воздушныи? фильтр и две батареи - основную, поддерживающую автономную работу системы до 6 ч, и резервную, со сроком службы до перезарядки 45 мин. Все эти компоненты можно носить на поясе, что не ограничивает мобильность пациента на время работы батареи?. Стационарнои? частью являются монитор искусственного левого желудочка сердца со специальным программным обеспечением, находящии?ся в клинике, и персональныи? монитор пациента, которыи? располагается у него дома и обеспечивает работу системы во время зарядки батареи? в специальном зарядном устрои?стве. Некоторые зарубежные специалисты скептически относятся к вживлению в человеческий организм механического сердца. Я также сомневаюсь в возможности сколько-нибудь долгой жизни с искусственным сердцем. И тем не менее считаю вполне оправданной затрату сил и средств на конструирование «сердечных моторов», если не для постоянного, то для временного использования. Например, сердце поражено тяжелым инфарктом, захлебывается, расходует последние силы и вот-вот совсем выйдет из строя. Если рядом с ним заработает искусственный насос, который возьмет на себя часть труда, может быть, тогда сердце больного, отдохнув, хоть частично преодолеет кризис? Возможно, и пересадка не потребуется.

Искусственное сердце поможет, как мы надеемся, избавить хирургов от чрезвычайной спешки. Ведь пока оно будет поддерживать кровообращение в организме больного, врачи серьезно, неторопливо, осмотрительно подберут донора по всем показателям тканевой совместимости. На каком-то этапе можно будет подсадить механическое устройство и донору, чтобы оно немного «потащило» за собой его сердце после того, как, по всем канонам медицины, оно должно остановиться. В таких условиях операции по пересадке станут более надежными и результаты их улучшатся. Наконец, как нам кажется, создание пластмассового или иного сердца облегчит организацию «банка резервных органов», подлежащих пересадке.

Сейчас очевидно, что успех может быть лишь при разработке все более совершенных моделей, в которых применяются новейшие научно-технические достижения. Положительные результаты испытаний длительно действующих новых образцов искусственного сердца на подопытных животных представляют собой значительный этап на пути к конечной цели.

Ученых не покидает также идея временно использовать другое вспомогательное сердце - живое. Она вполне обоснована В. Демиховым, который сделал сотни подобного рода опытов на собаках и разработал более двадцати вариантов подключения добавочного сердца. Многие из его виртуозных операций были достаточно успешными. Конечно, эксперименты на животных никогда не могут гарантировать, что у человека сходная операция даст тот же результат.

Впервые подобная операция была сделана человеку К. Бернардом в конце ноября 1974 года в больнице «Хроте Схюр». Он подсадил 58-летнему инженеру А. Тейлору добавочное сердце, взятое у погибшей в автомобильной катастрофе десятилетней девочки. Сердце донора было подключено не взамен, а в помощь старому, тяжело больному. В конце года К. Бернард сделал еще одну такую же операцию Л. Госсу.

На пресс-конференции в Кейптауне, которая состоялась через два месяца после выписки Л. Госса из больницы, К- Бернард вновь высказал мнение о том, что операция «по подсадке» второго сердца более перспективна, чем по замене этого органа. Практически здоровое сердце донора - своего рода «костыль». Опираясь на него, организм, по идее хирурга, поможет собственному сердцу больного. Возможно, что к моменту, когда у пациента разовьется реакция отторжения, его отдохнувшее сердце будет способно вновь взять на себя всю первоначальную нагрузку. Не исключено и длительное существование двух сердец, ведь техника пересадок совершенствуется. Однако закон борьбы двух конкурирующих органов в одном организме проявит себя. Больное сердце пациента - источник иммунологических реакций - вызовет активизацию защитных сил, которые должны «ополчиться» на чужое сердце.

Проведенный К. Бернардом поиск в новом направлении лечения тяжелых, несовместимых с жизнью заболеваний сердца, несомненно, представляет большой научный и практический интерес. Идея его разгрузки основана на предположении, что в едином ритме будут биться два сердца. Однако в экспериментах на животных такой синхронности никогда не бывает. Это естественно: донорское сердце, лишенное нервных связей с организмом, подчиняется только своему «внутреннему ритму». Но такая несогласованность может создать усиленную нагрузку на сосуды. И еще: при подсадке, как и при замене сердца донорским, пациент должен постоянно получать иммунодепрессанты - вещества, подавляющие защитную реакцию организма. Неизвестно, как отзовется их действие на собственном больном сердце. Повторим, что, по-видимому, более перспективным может стать не донорский, а искусственный орган. Аппарат, конечно, не заменит человеку собственное сердце, но даст ему отдых и поможет врачам вылечить его. Искусственное сердце - «машина», которая может изготовляться серийно.

2 декабря 1982 года человеку было впервые имплантировано искусственное сердце! Уникальная операция успешно проведена руководителем кафедры сердечнососудистой хирургии Медицинского центра университета в Солт-Лейк-Сити доктором Уильямом де Врисом. Больной Б. Кларк, страдавший тяжелым, неизлечимым сердечным недугом, согласился на отчаянный эксперимент.

Вскоре после операции Б. Кларка уже показывали по американскому телевидению, и он в течение двух с половиной минут беседовал с хирургом. На вопрос, какие неудобства доставляет пересаженное сердце, Кларк ответил: «Никаких. К этой штуке можно привыкнуть. Сначала было тяжело, это верно, но само сердце качало нормально. Вообще приятно сознавать, что смог принести пользу людям. Скажу так: дело стоит того, если окажешься перед выбором - смерть или операция».

С момента установки протеза несколько раз возникали аварийные ситуации, грозившие больному неминуемой смертью: утечка воздуха из легких в грудную полость (это могло привести к параличу дыхания), судороги, вызванные побочным действием на организм различных лекарств. Оправившись от спазмов, особенно усилившихся на седьмой день после операции, Кларк нашел в себе силы сказать хирургам и врачам, дежурившим у его постели: «Не сдавайтесь!»

Борьба за жизнь продолжалась постоянно - днем и ночью. О себе давали знать легкие и почки, которые причиняли Кларку тяжелые страдания еще до пересадки. Вслед за улучшением состояния неожиданно вышел из строя входной клапан в левом желудочке протеза. Операция по его замене прошла успешно. После этого серьезных осложнений не возникало, но хорошим состояние больного не было. Ощущались последствия острого мозгового синдрома, вызванного, по мнению врачей, обилием крови, поступавшей в мозг, который привык к низкому уровню кровообращения. Бред, потеря памяти наступили внезапно, непредвиденно. Если Кларку задавали вопросы, он выглядел озадаченным. Иногда не мог ответить, была ли у него операция и какая. Начали сдавать почки, открылась рвота с попаданием рвотных масс в легкие. Это привело к развитию пневмонии. Резко поднялась температура.

И хотя сам протез более трех месяцев работал безупречно, вживления механического сердца не произошло. Спасти его владельца уже не представлялось возможным. Через сто одиннадцать дней после операции Б. Кларк скончался.

Гибель человека - всегда трагедия. И все же почти четыре месяца, которые Кларк прожил с искусственным сердцем в груди, следует считать большой удачей хирургов, переступивших грань невозможного...

Что же такое искусственное сердце «Джарвик-7», имплантированное Кларку? Протез назван так в честь его конструктора Р. Джарвика и состоит из двух симметричных искусственных желудочков без предсердий с входным и выходным клапанами. Каждый желудочек разделен диафрагмой на две камеры: кровяную и пневматическую. В последней с помощью электропневматического привода создается нужное давление или вакуум, при этом кровь из кровяной камеры вытесняется в артериальное русло, а затем вновь заполняет ее. «Джарвик-7» предварительно испытали на теленке массой 100 килограммов, который прожил с ним 268 дней. Одним из осложнений, обнаруженных в эксперименте, было отложение солей кальция на диафрагме. Однако конструктор протеза утверждал, что у человека таких осложнений не будет, сердце может работать в течение года, а возможно, и четырех лет.

К недостаткам конструкции Джарвика следует отнести громоздкость аппаратуры, вес которой составляет 170 килограммов: сюда входят резервный привод, аккумуляторные батареи, компрессор и вакуумнасос, а также регистрирующие приборы. Пациент связан с аппаратурой, подключенной к электросети и резервным источникам электропитания двенадцатиметровым шлангом. Если бы Кларк смог передвигаться, он вынужден был бы толкать впереди себя тележку со всеми приборами. Масса самого искусственного сердца «Джарвик-7», вставляемого в грудную клетку, - 280 граммов. Давление поддерживается на уровне 140 на 80, при этом обеспечивается пульс 90 ударов в минуту. Данные показатели можно изменять в ту или другую сторону.

Операция, сделанная Б. Кларку, не имеет аналогов по длительности пребывания протеза в груди человека. Она является началом нового этапа в развитии научной и практической хирургии и, несомненно, послужит толчком к совершенствованию конструкций механического сердца и привода, позволяющих осуществлять «вживление» протеза на долгие годы.

После 1982 года Уильям де Врис произвел еще четыре пересадки механического сердца. Они были выполнены при тяжелых заболеваниях сердца (инфарктах), когда у больных не оставалось никаких надежд на сохранение жизни. Однако все, кому было пересажено механическое сердце, прожили недолго, меньше, нежели Барни Кларк, и погибли от необратимых мозговых кровоизлияний (инсульта). Поэтому даже такой оптимист, как де Врис, в интервью корреспонденту АПН В. Симонову дал понять, что, если у всех больных будут наблюдаться инсульты, может настать день, когда мы скажем себе: «Нет, у нас ничего не выходит. Эта технология никуда не годится! Дело не идет, стоп!»

19 февраля 1985 года в печати промелькнуло сообщение о том, что 58-летний американец Мэррей Хейден стал третьим человеком в мире, которому пересажено искусственное сердце. Операцию осуществил хирург Уильям де Врис в клинике города Луисвилл (штат Кентукки). Две аналогичные операции, выполненные ранее, произвел тот же хирург («Правда», 19 февраля 1985 года).

Стойкий положительный результат в эксперименте по замене собственного сердца на искусственное получен в Институте трансплантологии и искусственных органов. Механическое сердце пересажено теленку по кличке Нептун. 52 дня теленок жил с пластмассовым протезом, который был помещен в грудную клетку на место изъятого собственного сердца. Сокращается оно благодаря сжатому воздуху, поступающему по трубкам из стоящего снаружи компрессора. Блок управления задает нужный ритм сердцу. Движения Нептуна были ограничены пределами небольшого «пятачка» возле привода. Конечно, пересаживать такое механическое сердце человеку на длительный срок вряд ли целесообразно. Другое дело, когда речь идет о временной замене вышедшего из строя органа, пока не будет подобрано биологическое сердце. Тогда и такого рода пластмассовое сердце может быть пересажено больному как временный протез.

Ведь для постоянного использования механического сердца будет пригодна лишь такая модель, которая уместится в грудной клетке вместе с приводом. Как исключение, привод может быть закреплен на теле в виде ранца. Тогда человек может свободно передвигаться и жить в обычных условиях. сердце искусственный имплантация насосный

В 1979 году в Токийском университете проводился эксперимент по созданию портативного искусственного сердца. Коза жила с ним 155 дней. Аналогичные эксперименты осуществлялись в университетах штата Юта в США и в Берлине. Разработанное в Токио «сердце» - это два 15-сантиметровых насоса из полиэфирвинилхлорида, приводящиеся в движение электродвигателем, прикрепленным к коже.

В лаборатории медицинского университета имени Я. Е. Пуркинье в Брно, как сообщило агентство ЧТК, более 130 дней жила подопытная коза с искусственным сердцем. Работой сердца управляла аппаратура, разработанная специалистами ЧССР («Мед. газета», 22 апреля 1987 года).

Здесь есть над чем думать, причем не только медикам, но и многим специалистам разных профилей, энтузиастам нового, невиданного в истории направления науки во имя продления жизни человека.

Заключение

Сегодняшнее поколение искусственных сердец -- устрои?ства размером с большои? палец, которые имплантируются в грудную клетку и перекачивают кровь из полости сердца в аорту. Эти устрои?ства приходится перезаряжать каждые четыре часа, используя для этого внешнии? источник питания. Чаще всего такои? протез используется для того, чтобы пациент смог дожить до момента пересадки донорского сердца.

Новое устрои?ство бьется почти так же, как и настоящее человеческое сердце. Оно использует электронные датчики, которые до этого применялись в управляемых ракетах, чтобы отрегулировать сердечныи? ритм и уровень кровотока. Новое сердце покрыто созданнои? из свиных хрящеи? тканью, которая позволяет избежать конфликта с иммуннои? системои? реципиента, а главное -- не позволяет образоваться тромбам.

С техническои? точки зрения для разработки принципиально нового элемента может наи?ти применение магнитная жидкость, которая используется в медицине. Технические требования к такому устрои?ству [1] позволяют дать прогноз, что задача разработки и создания МЖ желудочка является перспективной?.

Литература

1. Власов А.В., Николаенко Ю.В. Постановка задачи разработки электрогидравлического пульсатора для аппарата «Искусственное сердце» // Сб. статеи? 12 Международнои? научно-практическои? конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза: ПДЗ. 2008. С. 243-245.

Размещено на Allbest.ru