Шанс на спасение — искусственное сердце. Искусственное сердце человека

19.06.2019

7 января 2011 года в университетском медицинском центре города Сан-Диего была проведена первая в мире операция по имплантации протеза сердца - первого же из подобных технических устройств, одобренного специалистами на федеральном уровне. В ходе 4-часового оперативного вмешательства калифорнийские кардиохирурги полностью удалили больное сердце пациента и вставили на его место высокотехнологичное устройство, которое моментально восстановило кровоток в человеческом теле. Пациент, молодой парень 20 лет отроду, который страдал от тяжелого вирусного поражения сердца, в настоящее время возвращается к нормальной жизни.

«Механизм, который полностью заменяет человеческое сердце, весьма пригоден и хорош для тех пациентов, у которых на фоне кардиологических проблем развивается недостаточность в работе почек, печени, органов пищеварения, легких или мозга. Даже если жизненно важный орган вот-вот откажет, процесс можно уверенно повернуть вспять», заявил руководитель группы кардиохирургов, профессор Джек Коупленд. «После установки и запуска полностью искусственного сердца пациенты способны избавиться от расстройств обмена веществ, если только они достаточно молоды и не страдают другими хроническими заболеваниями».

В ходе операции по трансплантации искусственного сердца пациенту вскрыли грудную клетку. С помощью специальных препаратов естественное сердце остановили, чтобы оно своим биением не мешало хирургам работать. Внешний аппарат искусственного кровообращения продолжил «гонять» по сосудам организма насыщенную кислородом кровь. Затем профессор Коупленд удалил оба желудочка больного сердца и присоединил к его предсердиям волшебный механизм. Аппарат искусственного кровообращения отключили, и новое сердце начало качать кровь, с интенсивностью 8 литров в минуту. Возвращение 20-летнего умирающего пациента к жизни хирурги смогли наблюдать собственными глазами. Два дня спустя человек с искусственным сердцем стал дышать самостоятельно, а менее чем через две недели встал с больничной койки и прогулялся на расстояние 30 метров. Теперь больному предстоит еще одна операция. Ведь постоянно жить с механизмом внутри нельзя, ожидается пересадка настоящего, живого сердца.

От сердечной недостаточности страдают десятки миллионов людей в мире. Кому-то удается жить на бета-блокаторах, но если процесс заходит глубоко, единственный выход - пересадка донорского сердца. Таких сердец на всех не хватает, поэтому временное вживление искусственного сердца - это шанс выжить и дождаться желанного транспланта. Единственная проблема - в том, что грудная клетка долго заживает.

Профессор Коупленд занимается операциями на сердце более 30 лет. На счету хирурга-виртуоза - 950 успешных операций по полной или частичной пересадке «пламенных моторов» человеческого организма.

Существует несколько видов искусственных сердец: они либо заменяют человеческое полностью, либо только одну его часть. Чаще всего используется второй вариант — насос, работающий как искусственный левый желудочек (хотя бывают и правые). Показаний для подобной имплантации, как правило, несколько. Первое и одно из самых распространенных — насос как «мост» к трансплантации (ТС): когда пациенту необходима ТС, но по каким-то причинам в данный момент донорского сердца нет, и нужно дождаться его появления. Второй вариант — «мост» к принятию решений: когда пересаживать сердце рискованно, так как имеются некоторые противопоказания — нарушения функции внутренних органов, повышенное давление легочной артерии и т. д. В этом случае пациент наблюдается от трех до девяти месяцев: обычно за это время проходят неблагоприятные симптомы, и становится возможной полноценная пересадка.

Другие случаи происходят реже: в частности, абсолютные противопоказания к пересадке — например, людям со злокачественными опухолями. После трансплантации сердца необходима иммуноподавляюшая терапия, а раковым больным она противопоказана. В такой ситуации врачи предлагают пациенту продлить жизнь с помощью искусственного сердца, которого может хватить на несколько лет. Описаны случаи, когда пациенты свыше десяти лет живут с аппаратами вспомогательного кровообращения и даже отказываются от предложений о пересадке донорского сердца, мотивируя это хорошим самочувствием.

— После подобного вмешательства человек ограничен в передвижениях, потому что насос постоянно требует подзарядки, — рассказывает руководитель Центра хирургии аорты и коронарных артерий в Национальном медицинском исследовательском центре им. академика Е.Н. Мешалкина доктор медицинских наук Александр Михайлович Чернявский. — Например, будет трудно улететь в Америку: современные аккумуляторы держатся не более 9 часов, а полет длится 12. Зато на поезде проще — там есть розетки.

Наиболее редкое показание — временная имплантация для восстановления пораженной сердечной мышцы. Бывают случаи, когда у человека обнаруживается острый вирусный миокардит. В результате функция сердца падает настолько, что ее нужно замещать. Для этого и имплантируется насос: он несколько месяцев «прокачивает» сердце, а оно в это время восстанавливается в процессе лечения миокардита.

Существует несколько видов таких насосов. Первый — лопастный — давно создан и в России, и за рубежом. Он работает благодаря импеллеру — колесу с лопастями, вращающемуся вокруг продольной оси со скоростью от 7 000 до 10 000 оборотов в минуту: таким образом насос прокачивает до 10 литров крови за 60 секунд.

— Питание идет благодаря двум батарейкам: каждая из них обеспечивает работу насоса примерно четыре часа, — добавляет Александр Чернявский. — Когда одна разряжается, пациент ставит ее на зарядку, а сердце в это время работает от другой. Во время сна пациенты подключаются к обычной электрической сети через специальный коммутатор. Зарядка происходит через кабель, выходящий из тела: за ним нужно ухаживать, перевязывать, чтобы не было инфекций. Еще у устройства есть контроллер: через специальный разъем туда вводятся параметры, необходимые для работы сердца: производительность, скорость вращения ротора и т. д.

Лопастный насос

Другой тип таких насосов — дисковый, где вращается не импеллер, а (что логично) диски. Специалисты Клиники Мешалкина создали первый отечественный дисковый насос совместно с Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН: сердце было сделано на основе насоса, ранее применявшегося в космосе. Получившееся устройство представляет собой пакет дисков, расположенных друг над другом с фиксированным зазором в 0,5 мм. При вращении диски крутятся благодаря специальному электродвигателю, за счет молекулярного трения захватывают кровь и в итоге выбрасывают ее обратно в организм.

— Новый насос совсем небольшой — диаметром в 4 см и высотой в 2 см, так что его легче и удобнее имплантировать, — отмечает специалист. — При этом он способен качать 7—8 литров крови в минуту. Также насос снижает контакт деталей с кровью и риск образования тромбов. Около стенки диска образуется безэритроцитный слой плазмы, поэтому эритроциты не контактируют с поверхностью и благодаря этому предотвращается повреждение элементов крови.

Пока насос на стендовых испытаниях: неизвестно, сколько времени понадобится, прежде чем он войдет в практику. Еще решены не все проблемы: у ученых пока не получилось создать хороший мотор, крутящий диски с малым потреблением энергии и без нагрева. Мотор — специфичное изделие, которое должно быть небольшим, компактным, хорошо управляемым и обладать мощностью в 5—6 ватт. Моторы на 25—30 ватт быстро нагреваются, а температура более 40 °C в организме приводит к ожогам окружающих тканей и свертыванию крови.

— Мы обратились в новосибирскую компанию «Импульс-проект», которая взялась за эту задачу и в течение двух лет работает над созданием мотора, — добавляет Александр Чернявский. — Как только мы сделали хороший мотор, потребляющий мало энергии, выяснилось: другая часть насоса слабая. Чтобы это поправить, необходимо разработать не только подшипник, но и специальное покрытие для снижения трения и нагрева корпуса насоса и ротора. Сейчас мы заняты созданием специального покрытия, чтобы трение подшипника было минимальным. Так что проблем при разработке больше, чем нам казалось изначально, но я надеюсь, что года за два мы закончим этот проект и перейдем к испытанию насоса в эксперименте на животных.+

Технология постоянно развивается: сейчас появляется идея о зарядке сердца через кожу с помощью электромагнитного поля. Пока это не совсем безопасно — в результате такого «питания» появляется дерматит и воспаление кожи, однако ученые занимаются разработкой специальных защитных гелей. Если всё получится, система будет полностью имплантирована в организм — без кабеля, который является основным источником инфекции.

Современные ученые всерьез задумываются над тем, как лечить пациентов с тяжелыми заболеваниями сердечно-сосудистой системы , которые являются одной из основных причин смертности в мире. Недавно ученые из США сумели создать искусственное сердце, которое на данный момент является самым мощным в мире. Этот орган создан из мягкого материала, он позволяет качать очень большой объем жидкости, если сравнивать с другими приборами.

Материал, из которого создан орган — гибкий силикон , позволяет воздуху проникать внутрь, что отличает новое «сердце » от тех кардиопротезов, которые были изобретены ранее. Поэтому протез способен работать практически так, как и настоящее сердце.

Специалисты сделали внешний насос из специальных материалов, не вступающих с тканями тела человека в реакции. С помощью этого насоса жидкость и воздух проходит сквозь искусственный орган. Сердце покрыто пластиком, который является своеобразной «кожей», предотвращая утечку материалов.

Правда, от обычного человеческого сердца этот орган отличается: если в сердце человека четыре камеры, то в искусственном протезе – только две. Но ученым удалось достигнуть стабильности процесса перекачки жидкости между камерами.

Правда, пока что изобретенный учеными протез, к сожалению, в медицинских целях не используют. Дело в том, что пока что недостаточно изучены свойства материалов, из которых изготовлен орган, в условиях человеческого тела. К тому же пока что скорость перекачивания жидкости не полностью идентична этому процессу в естественных условиях. Поэтому работа над совершенствованием этого изобретения будет продолжаться.

Ну а пока что есть смысл позаботиться о здоровье сердечно-сосудистой системы и укреплении сердца. В частности – избавиться от вредных привычек и укреплять сердце с помощью физических тренировок. Однако тренироваться тоже нужно правильно. Так, ученые из Техасского Юго-Западного Университета считают, что проблемы с сердцем нельзя решить с помощью непродолжительных, получасовых тренировок. Дело в том, что ранее Американская кардиологическая ассоциация рекомендовала заниматься хотя бы 30 минут в день, чтобы снизить вероятность развития сердечной недостаточности . Была проанализирована информация, полученная вследствие нескольких исследований, посвященных физической активности. Выяснилось, что риск развития болезней сердца был практически идентичным у людей, вообще не занимающихся спортом, и у тех, кто занимался физкультурой каждый день по полчаса. А те, кто тренируется в день по 2 или 3 часа, снижают риск развития заболеваний сердца соответственно на 20% и 35%.

При крайней степени нарушения сократительной способности сердца или при проведении кардиологических вмешательств используется механическое устройство, временно поддерживающее достаточный уровень жизненно-важных параметров.

Все аппараты для искусственного кровообращения подразделяют на оксигенаторы (насыщают кровь кислородом) и кардиопротезы (имплантируют в организм). Такие устройства помогают провести длительные операции на открытом миокарде или быть надеждой на спасение жизни в период ожидания донорского органа для трансплантации.

Читайте в этой статье

История открытия механического сердца

Первооткрывателем возможности поддержания кровотока по сосудам вне организма был советский врач Демихов. Он провел операцию собаке еще в 1937 году, установив на место сердца насос, который был соединен с электрическим двигателем. В 60-е годы американские ученые Кольф и Акутсу создали сердце из пластика с 4-мя трехстворчатыми клапанами. Его работа обеспечивалась пневматическим приводом.

Но настоящая успешная имплантация искусственного сердца осуществлена только в 1969 году хирургом из Америки Кули. Пациент страдал от аневризмы левого желудочка. Ему провели обширную резекцию (удаление) части миокарда, после чего было невозможно отключить от аппарата экстракорпорального кровообращения.

Так как единственным шансом на спасение жизни могла бы быть то до ее проведения установили механический трансплантат. Он проработал 64 часа, затем было найдено и пересажено донорское сердце. К сожалению, больной погиб от пневмонии, прожив менее 2 суток. Но подобная двухэтапная трансплантация лежит в основе современных операций.

Все дальнейшие попытки создания искусственного аналога сердца не привели к ожидаемому результату. Модели российских аппаратов могут работать до 100 дней, их внешний двигатель громоздкий, подзарядка должна быть каждые 12 часов.

Первое такое устройство было подключено пациенту в Центре Бакулева в 2010 году. Его можно использовать пока как временное спасение для пациентов, ожидающих пересадку сердца.

Так как спрос на искусственное сердце повышается с каждым годом, то проводится постоянное совершенствование приборов и научные открытия в этой области. К новейшим, но экспериментальным разработкам, относится сердце, напечатанное на 3D принтере, а также выращенное из стволовых клеток.

Удачные примеры установки искусственного органа в разных странах

Долгое время самым известным механическим сердцем была модель Джарвик 7, рекордная продолжительность жизни больного составила 620 дней. Именно столько прожил со времени установки (в 1985 году) У. Шредер, доказав, что можно заменить биологический орган на рукотворный.

Модель искусственного сердца Джарвик 7

Следующей версией такого прибора был Симбион, а в настоящее время Синкардия является практически единственной успешной моделью искусственных сердец. Основная проблема подобных устройств – это вес зарядного устройства, которое нужно было возить с собой или носить в рюкзаке за спиной.

Пациенты с таким аппаратом не избавлены от необходимости пересадки донорского органа, но они могут ожидать трансплантацию не только в больнице, как было раньше, а зарядить аккумулятор от обычной розетки, находясь дома. Синкардии установлены 1600 больным, максимальный срок работы превысил 3,5 года. Поэтому у пациентов появился шанс дожить до того момента, когда будет найден подходящий донор.

Принципы работы

Подключение аппарата для искусственного кровообращения зависит от выбранной методики оперативного вмешательства. Наиболее распространенная схема предусматривает такие этапы:

Забор крови из обеих полых вен или из правого предсердия, желудочка.
Поступление в оксигенатор.
Накачивание насосом в бедренную артерию.
Продвижение по брюшной и грудной части аорты (против обычного направления).
Через дугу аорты кровь течет в коронарные и мозговые артерии.

Длительность подключения зависит от вида операции – от нескольких минут до 4 — 8 часов. При этом врач старается как можно меньше держать пациента на искусственной перфузии. Если для операции требуется более часа, то кровь дополнительно охлаждается. Это позволяет понизить потребность в кислороде, а значит, и скорость кровотока. При особо сложных вмешательствах гипотермия может достигать 15 градусов.

Действие искусственного кровообращения на организм

Условия гемодинамики, которые воспринимаются организмом как стрессовые, включают:

обратный поток крови в аорте,
минимальный уровень давления в полостях сердца,
разрушение клеток крови в период продвижения по жестким магистралям,
отключение легочного кровотока,
скопление в крови медиаторов боли,
гипотония и низкое сопротивление сосудов.

Операция с подключением к аппарату искусственного кровообращения подобна тяжелой травме, кровопотере и шоковому состоянию. Для компенсации организм перераспределяет питание таким образом, чтобы защитить головной мозг и сердце в ущерб для остальных органов. Это мешает достигнуть нормального кровотока даже на высокой скорости перфузии. Поэтому ткани страдают от недостатка кислорода и обменного закисления крови.

Осложнения после

Самыми сложными для последующего лечения являются такие нарушения после отключения пациента от прибора:

закупорка сосудов жизненно-важных органов эмболом, тромбом, кальцием или каплями жира, воздухом;
ишемия органов;
реакция на консервированную кровь;
чрезмерная кровоточивость из-за введения Гепарина или активации фибринолиза.

Для предотвращения этих осложнений в период экстракорпорального кровотока проводится постоянное исследование состояния пациента и лабораторных показателей. Современные аппараты снабжены системами многоступенчатых фильтров.

Искусственное сердце представляет собой прибор, через который проходит кровь в период кардиохирургических вмешательств или его имплантируют в организм пациента. Несмотря на то, что есть примеры длительной жизни с подобным устройством, такая установка является временной мерой для больных, ожидающих донорское сердце.

Протезированные клапаны или желудочки сердца могут взывать сложные психологические проблемы. В период операции замена собственных функций легких и сердца на аппаратные позволяет провести необходимые манипуляции на открытом сердце.

Типы сердечных имплантов

Типы сердечных имплантов различаются по функции: замена протезом только двух желудочков сердца и замена протезом сердца. Если протез замещает только функцию двух желудочков сердца, то остаются предсердия, легочный ствол и аортальные клапаны пациента. Сердечные желудочки удаляются одновременно с клапанами, препятствующими возврату крови в предсердия. На их место имплантируются искусственные, созданные по форме сердечных желудочков.

В последние годы совершенствуются протезы по замещению всех функций сердца. Ученые стремятся создать протез, который бы наилучшим образом выполнял не только функцию сердца, но и соответствовал его анатомической структуре. Это особенно важно, так как в грудной клетке для импланта столько места, сколько занимает естественное сердце. Наличие протеза, превышающего габаритные размеры естественного сердца, вызовет нарушение функции легких и затруднит присоединение к нему крупных сосудов.

До сих пор не сконструировано искусственное сердце, которое можно было имплантировать на всю жизнь. Поэтому импланты используются только временно - пока подбирается донорский орган. В 1982 году пациенту в Америке было имплантировано искусственное сердце, системой зондов присоединенное к маленькому компрессору, стоящему рядом с кроватью. Протез качал сжатый воздух, его насосная функция была аналогична функции естественного сердца. С этим протезом пациент прожил 4 месяца.

При кардиологических операциях пациента подключают к сложной системе искусственного жизнеобеспечения, все составные части которой, находятся вне тела человека.

Опасно ли имплантирование искусственного сердца?

После операции возникает много осложнений, связанных со свертыванием крови . Особенно в месте соединения импланта и естественных кровеносных сосудов, при этом быстро формируются опасные сгустки крови, при отрыве которых может произойти эмболия легких, сосудов головного мозга и других органов или систем. Кроме того, в месте соединения возможно образование трещин или разрывов стенок кровеносных сосудов, которые являются причинами тяжелых внутренних кровотечений. Поэтому операция по имплантации искусственного сердца достаточно опасна. Она выполняется лишь в том случае, если нет других способов поддержать жизнь пациента до пересадки донорского сердца.

Надеемся, что ученым когда-нибудь удастся изобрести совершенное искусственное сердце. Тем более, что в последние годы в информационных технологиях, космической и авиационной промышленности постоянно создаются эффективные, скоростные, мощные и в то же время компактные мини-машины и приборы. Сложность заключается в том, что необходим электрический ток и мощный насос. Как правило, такие системы потребляют очень много энергии, а существующие на сегодняшний день аккумуляторы не отвечают необходимым требованиям.