Zemra artificiale e njeriut. Motori me flakë

15.06.2019

Nëse zemra ose ndonjë pjesë e saj nuk mund të kryejë funksionin e saj, pacienti përballet me vdekjen. Vetëm zëvendësimi i zemrës së tij të sëmurë mund ta shpëtojë atë. Ky zëvendësim mund të bëhet në dy mënyra. E para është transplantimi i zemrës së dhuruesit (transplantimi), i dyti është implantimi i një proteze (zemër artificiale). Për disa dekada tani, shkencëtarët nga më vende të ndryshme po përpiqen të krijojnë një zemër artificiale që mund të funksionojë normalisht. Megjithatë, kjo nuk është bërë deri më tani. Të gjitha modelet e krijuara janë jashtëzakonisht komplekse dhe shumë të mëdha në madhësi. Prandaj, pjesa kryesore e protezës (pompës) më së shpeshti ndodhet jashtë trupit të njeriut. Nuk është zgjidhur as problemi i fuqizimit të protezës. Pacientit i kërkohet të mbajë bateritë e ngarkuara me vete gjatë gjithë kohës. Për këto arsye, një protezë artificiale e zemrës përdoret vetëm përkohësisht, për shembull, në përgatitjen për një transplant, ndërsa pret një mostër donatori. Megjithatë, testimi dhe zhvillimi i një proteze për organin kryesor të trupit të njeriut është vazhdimisht në vazhdim.

Llojet e implanteve të zemrës

Llojet e implanteve të zemrës ndryshojnë në funksion: zëvendësimi i vetëm dy barkusheve të zemrës me një protezë dhe zëvendësimi i zemrës me një protezë. Nëse proteza zëvendëson vetëm funksionin e dy ventrikujve të zemrës, atëherë atriumet mbeten, trungu pulmonar Dhe valvulat e aortës pacientit. Barkushet e zemrës hiqen në të njëjtën kohë me valvulat që pengojnë kthimin e gjakut në atria. Në vend të tyre implantohen artificiale të krijuara në formën e barkusheve të zemrës.

NË vitet e fundit Protezat për të zëvendësuar të gjitha funksionet e zemrës janë duke u përmirësuar. Shkencëtarët po përpiqen të krijojnë një protezë që do të kryente më së miri jo vetëm funksionin e zemrës, por edhe t'i përgjigjet asaj. struktura anatomike. Kjo është veçanërisht e rëndësishme pasi ka po aq hapësirë në gjoks për një implant sa një zemër natyrale. Prania e një proteze që tejkalon përmasat e përgjithshme zemër natyrale, do të shkaktojë ndërprerje të funksionit të mushkërive dhe do të vështirësojë ngjitjen e enëve të mëdha me të.

Ende nuk është ndërtuar një zemër artificiale që mund të implantohet për jetën. Prandaj, implantet përdoren vetëm përkohësisht – ndërkohë që është duke u përzgjedhur një organ donator. Në vitin 1982, një pacienti në Amerikë iu implantua një zemër artificiale, e lidhur me një sistem sondash me një kompresor të vogël që qëndronte pranë shtratit. Proteza pomponte ajër të kompresuar, funksioni i saj i pompimit ishte i ngjashëm me atë të një zemre natyrale. Pacienti jetoi me këtë protezë për 4 muaj.

Gjatë operacioneve kardiake, pacienti lidhet me sistem kompleks Mbështetje artificiale e jetës, të gjithë përbërësit e së cilës ndodhen jashtë trupit të njeriut.

A është e rrezikshme implantimi i zemrës artificiale?

Pas operacionit, ndodhin shumë komplikime që lidhen me koagulimin e gjakut. Sidomos në kryqëzimin e implantit dhe enëve të gjakut natyral, ku mpiksje të rrezikshme gjaku, shkëputja e të cilit mund të shkaktojë emboli të mushkërive, enëve cerebrale dhe organeve ose sistemeve të tjera. Përveç kësaj, në kryqëzim, mund të krijohen çarje ose këputje në muret e enëve të gjakut, të cilat janë shkaqe të rënda të gjakderdhje e brendshme. Prandaj, operacioni për të implantuar një zemër artificiale është mjaft i rrezikshëm. Ajo kryhet vetëm nëse nuk ka mënyra të tjera për ta mbajtur pacientin në jetë derisa të transplantohet një zemër donatore.

Shpresojmë që shkencëtarët një ditë do të jenë në gjendje të shpikin një zemër artificiale të përsosur. Për më tepër, vitet e fundit në teknologjia e informacionit, industria e hapësirës dhe e aviacionit po krijojnë vazhdimisht minimakina dhe pajisje efikase, të shpejta, të fuqishme dhe në të njëjtën kohë kompakte. Vështirësia është se është e nevojshme elektricitet dhe një pompë e fuqishme. Në mënyrë tipike, sisteme të tilla konsumojnë shumë energji, dhe bateritë aktuale nuk plotësojnë kërkesat e nevojshme.

Teknologjia moderne mjekësore bën të mundur kryerjen e zëvendësimit të pjesshëm ose të plotë të organeve të sëmura të njeriut. për personat me dëmtim të dëgjimit, shofer elektronik rrahjet e zemrës, një lente e bërë nga plastika speciale - këto janë vetëm disa shembuj të aplikimit të teknologjisë në fushën e mjekësisë. Protezat biologjike, të cilat drejtohen nga furnizimet me energji në miniaturë që i përgjigjen rrymave biologjike të trupit të njeriut, po bëhen gjithnjë e më të zakonshme.

Në procesin më të vështirë nderhyrjet kirurgjikale mjekët ofrojnë ndihmë të paçmuar " Mushkëri artificiale", "Aparat për qarkullimin artificial të gjakut" dhe organe të tjera artificiale. Ata marrin përsipër funksionet e sistemeve që i nënshtrohen funksionimit, duke i lejuar ata të pezullojnë përkohësisht aktivitetet e tyre.

Siç tregon praktika, sot ka mjaft njerëz që vuajnë nga dëmtime në punë (pamjaftueshmëri ose ngushtim). Për këto qëllime përdoren proteza moderne biologjike ose mekanike.

aparate " Zemër artificiale» hyri praktikë mjekësore. Megjithatë, ajo ende nuk mund të zëvendësojë plotësisht të tashmen.

Zemra artificiale është një protezë me katër dhoma me barkushe të ngjashme me qeskën. Modeli ka gjysmën e djathtë dhe të majtë. Secila prej tyre përbëhet nga një atrium artificial dhe një barkushe. Përbërësit e kësaj të fundit janë dhoma e punës, strehimi, valvulat e daljes dhe të hyrjes. Për të bërë kutinë, përdoret goma silikoni dhe metoda e shtresimit. Sipas teknologjisë në polimer i lëngshëm Matrica zhytet, hiqet, pastaj thahet. Kjo vazhdon derisa në sipërfaqen e tij krijohet mish shumështresor. Dhoma e punës ka një formë të ngjashme. Për ta bërë atë përdoren goma latex dhe silikoni. Dhoma e punës ka një veçori të projektimit - trashësia e mureve të saj është e ndryshme dhe ka seksione pasive dhe aktive në to. Dizajni është llogaritur në atë mënyrë që kontakti midis mureve të kundërta të sipërfaqes së tij të punës të përjashtohet, edhe në rastin e tensionit të plotë në seksionet aktive. Kjo parandalon dëmtimin e qelizave të formuara të gjakut. Shkencëtarët rusë vazhdojnë të punojnë për krijimin dhe përmirësimin e një dizajni protetik të përballueshëm.

Sistemi i huaj mjaft i shtrenjtë i Zemrës Artificiale i lejon pacientit të presë për një operacion për një vit. Pajisja është e pajisur me një kuti që përmban dy barkushe. Një shërbim i jashtëm i përbërë nga një monitor kontrolli dhe një kompjuter ndodhet nga mjekët në klinikë. Pacienti ka një furnizim me energji elektrike në shtëpi. Karikimi bëhet nga rrjeti. Ku detyra kryesore pacienti - monitoroni treguesin e gjelbër që tregon gjendjen e baterive.

Në mënyrë që "Zemra Artificiale" të përdoret si një pajisje funksionale e përhershme, është e nevojshme që:

Kishte madhësive të vogla;

Rregullon lirimin në përputhje me nevojat e trupit;

Siguroi lirimin e nevojshëm të gjakut;

U sterilizua lehtësisht;

Sigurohet pompimi i gjakut pa asnjë goditje të papritur, për të shmangur hemolizën (shkatërrimin e rruazave të kuqe të gjakut).

Sot, janë zhvilluar vetëm pajisje që zëvendësojnë plotësisht barkushet. Gjatë transplantimit, dy dhomat e poshtme të zemrës lidhen me ato të sipërme (atria). Ventrikulat që do të zëvendësohen fillimisht amputohen.

Jetëgjatësia e pacientit që iu nënshtrua një operacioni afatgjatë për herë të parë ishte 112 ditë. Pastaj zemra artificiale kreu trembëdhjetë milionë rrahje.

ZEMËR ARTIFICIALE- një pajisje për zëvendësimin e plotë të funksionit të pompimit të zemrës në një kohë ose në një tjetër; është në zhvillim e sipër.

Modeli i parë i I. s. u krijua nga shkencëtari sovjetik V. Demikhov në vitin 1937 dhe u përdor në një eksperiment mbi qentë, në të cilin u hoqën barkushet e zemrës. Ai përbëhej nga dy pompa të çiftuara të tipit diafragmë të drejtuar nga një motor elektrik i vendosur jashtë zgavrën e kraharorit. Duke përdorur këtë pajisje, ishte e mundur të ruhej qarkullimi i gjakut në trupin e qenit për dy orë e gjysmë. Sidoqoftë, hulumtimi i gjerë mbi këtë problem filloi vetëm në fund të viteve 50.

Në vitin 1966, nën udhëheqjen e B.V. Petrovsky, u krijua laboratori i parë I. s në BRSS në Institutin Kërkimor Shkencor të Gjithë Bashkimit të Kirurgjisë Klinike dhe Eksperimentale. Problemi i krijimit të I.s. po zhvillohet në dy drejtime. Një prej tyre është krijimi i I. s. me makinë të jashtme. Rëndësia praktike puna në këtë drejtim është kryesisht për shkak të nevojës për të pasur një model të gatshëm për përdorim të zemrës për situatat e ringjalljes emergjente, i aftë për të siguruar rrjedhjen e gjakut të nevojshëm për jetën e trupit për një periudhë të shkurtër kohore (nga disa orë në disa ditë), nga momenti i ndërprerjes së papritur të aktivitetit të zemrës së sëmurë * deri në momentin e përzgjedhjes së transplantit kardiak. Përveç kësaj, krijimi i I. s. me një makinë të jashtme bën të mundur studimin e materialeve për prodhimin e një modeli të një zemre artificiale të implantueshme në kushte eksperimentale, studimin e mënyrave të funksionimit të saj, si dhe efektin e pajisjes në trup në tërësi dhe në organe individuale dhe sistemeve. Drejtimi i dytë, pa masë më kompleks është krijimi dhe përdorimi i një furnizimi gjaku plotësisht të implantueshëm, i krijuar për t'i siguruar trupit qarkullimin e duhur të gjakut për shumë vite.

Modelet e pajisjeve të tilla I.s. kur përdoren në një eksperiment, ato gjithashtu lejojnë testimin materiale të ndryshme, sistemet e kontrollit automatik. Një kërkim është duke u zhvilluar për burime të veçanta energjie dhe konvertues.

Që nga vitet 70 Shkencëtarët mjekësorë sovjetikë, në bashkëpunim me inxhinierët, krijuan më shumë se 20 modele të I. s.

Dy modele plotësojnë kërkesat teknike dhe mjeko-biologjike si rezultat i testeve afatgjata në stendat hidrodinamike. Njëri prej tyre - modeli "lloji i qeseve" (Fig. 1) - është bërë prej gome fluorosilikon. Ky model bazohet në studimet topografike të zemrës së njeriut dhe kërkesat për "pompën e zemrës". Këto kërkesa përfshijnë: përdorimin e materialeve që mund të përballojnë ngarkesat ciklike afatgjata dhe të parandalojnë formimin e trombeve; krijimi i strukturave që përjashtojnë formimin e zonave dhe zonave të ndenjura shpejtësi të rritura sforcimet prerëse dhe lokale; minimizimi i zonës së sipërfaqeve kontaktuese ciklike, madhësia e të cilave përcakton kryesisht dëmtimin e qelizave të gjakut.

Muri i jashtëm i dhomave të ventrikulit është i fortë ose gjysmë i ngurtë, dhe muri i brendshëm është i butë dhe elastik. Ka valvola në hyrje dhe dalje të çantës së brendshme. Kur ajri ose lëngu furnizohet midis mureve të një barkushe të tillë, qesja e brendshme ngjesh dhe gjaku shtrydhet prej saj.

Ndërsa presioni midis qeseve zvogëlohet, qesja e brendshme zgjerohet; presioni brenda tij bëhet më i vogël se presioni përpara valvulës hyrëse, valvula hapet dhe barkushe mbushet me gjak.

Modeli modern i i.s. ka barkushe që sigurojnë rrjedhjen pulsuese të gjakut. Ky model është i lehtë dhe i përshtatshëm mesatare zemra e njeriut, e përshtatshme për implantim. Pajisja është shumë e ndjeshme ndaj fluksit venoz dhe ka aftësinë të rrisë numrin e cikleve të pulsit në 140-150 në minutë, gjë që lejon që vëllimi minutë i gjakut të pompuar të arrijë në 14-15 litra.

Një model tjetër i I. s. (Fig. 2) ka një dizajn "tip diafragme" në një strehim të ngurtë. Atria aktive redukton presionin e rrjedhjes pulsative të gjakut në shtrat venoz, duke reduktuar kështu hemolizën.

Nxjerrja sistolike e gjakut në këtë model I. s. dhe mbushja pasuese e ventrikujve ndodh si rezultat i një ndryshimi në pozicionin e diafragmës nën presion në sipërfaqen e saj të gazit ose lëngut nga disku. Rrjedha e njëanshme e gjakut në barkushet artificiale sigurohet nga valvulat hyrëse dhe dalëse.

Projektimet e valvulave për i.s. jashtëzakonisht të ndryshme. Të gjithë ata mund të ndahen në llojin e petalit dhe valvulës. Valvulat e kallamit vijnë në një, dy, tre dhe madje katër lloje kallami. Valvulat e tipit valvul kanë elementë mbyllës në formën e një disku, koni ose hemisfere. Në disa modele I. s. Me një makinë të jashtme, përdoren valvulat e zemrës natyrale (të freskëta ose të konservuara) të kafshëve (viça ose derra), të cilat janë të fiksuara në korniza të veçanta. Sipërfaqja e strukturës së ngurtë të strehimit përdoret për të aplikuar një shtresë përçuese, e cila shërben si shtresë kondensator për një sensor vëllimi gjaku kapacitiv; pllaka e dytë e kondensatorit është gjaku në ndërfaqen gjak-diafragmë.

Si disqet për I. s. Pajisjet elektromekanike përdoren mjaft gjerësisht. Në dizajne të ndryshme I. s. ata janë të ndryshëm nga njëri-tjetri; Makina më e thjeshtë elektromekanike përbëhet nga motorë elektrikë DC. Makinat e vendosura nga jashtë lidhen me dhomat e aktivizuesit duke përdorur zorrë plastike për të furnizuar pompat me gaz ose lëng.

Diametri i linjave nëpër të cilat kalon gazi varet nga lloji i gazit që përdoret në sistem. Për shembull, kur përdorni ajër, diametri i linjës duhet të jetë së paku 6-7 mm. Në rastet kur nevojitet furnizimi me energji elektrike përdoren tela të veshur me plastikë biologjikisht inerte.

Një nga modelet përdor një ampulë radioizotopike që përmban plutonium-238 të vendosur në një akumulator termik si një burim energjie. Motori është një motor ngrohjeje me dy piston me një makinë të pavarur për çdo barkushe. Pompa e gjakut është njëkohësisht një shkëmbyes nxehtësie dhe një sensor kryesor për sistemin e rregullimit. Pesha totale modele më pak se 2 kg, vëllimi përafërsisht. 1.8 l.

Së bashku me çështjet teknike që lidhen me krijimin e I. s. Problemi i gjetjes së materialeve për prodhimin e njësive të sistemit I. paraqet vështirësi të mëdha. Kërkesat e mëposhtme u imponohen atyre: forca e lartë, mungesa e "lodhjes", aftësia për të ruajtur vetitë e tyre fizike dhe kimike. vetitë në trupin e njeriut, kanë biol, inertitet.

Gjatë projektimit të I. s. çelik inox, lidhje titani, materiale polimerike (fluoroplastikë, poliolefina), komponime të ndryshme të gomave organosilikonike (silikone), poliuretane, polietersilikonuretane, pirokarbone, materiale me veshje rezistente ndaj trombit të bazuar në xhel hidrofil, komplekse polielektrike, sipërfaqe me ngarkesë negative, etj. janë përdorur materialet e strukturave polimer edhe me punë e gjatë ndihmojnë në uljen e rrezikut të trombozës. Megjithatë, pavarësisht kësaj, problemi i parandalimit të trombozës, i cili vërehet si në zgavrat e zemrës ashtu edhe në autostradat lidhëse dhe intraorganike. enët e gjakut, mbetet relevante. Në këtë drejtim, po kryhen studime mbi mekanizmat patogjenetikë të formimit të trombit në kushtet e kontaktit të gjakut me një sipërfaqe të madhe të sipërfaqes së polimerit, traumave të gjera kirurgjikale të shkaktuara nga kardiektomia, veçoritë e qarkullimit artificial dhe traumat e qelizave të gjakut. Në këtë rast, ka një lëshim të konsiderueshëm të tromboplastinës së indeve dhe gjakut në gjak, gjë që krijon një sfond hiperkoagulues dhe ndihmon në aktivizimin e vetive të formimit të trombit të gjakut.

Për më tepër, fenomenet elektrokinetike luajnë një rol të madh në proceset që ndodhin në ndërfaqen gjak-polimer. Ato janë për shkak të faktit se elementët e formuar dhe proteinat e gjakut janë të ngarkuara negativisht. Rreshtimi i brendshëm i pandryshuar i zemrës dhe enëve të gjakut mbart gjithashtu një ngarkesë negative. Zmbrapsja e elementeve të gjakut nga ngarkesa të ngjashme muri vaskular- një faktor i rëndësishëm që parandalon formimin e trombit. Prania e një potenciali pozitiv ose zero në sipërfaqen e një materiali polimer është me sa duket një nga arsyet që predispozon për formimin e trombit.

Lyman (D. Lyman, 1972), Adachi (M. Adachi, 1973) vuri në dukje veçantinë e materialeve sintetike si veluri me një lak të paprerë ose me fibra shumë të shkurtra kur përdoret si material plastik në kirurgjinë e zemrës - aftësia për të mbajtur gjakun. qelizat. Kur një sipërfaqe e tillë ngjyhet në gjak, elementët e formuar dhe proteinat e gjakut vendosen në sythe të velurit ose midis vileve dhe pas 40-45 ditësh formohet një shtresë bioli shumë e lëmuar dhe e hollë. struktura mikroskopike jashtëzakonisht i ngjashëm me endotelin. Kohëzgjatja që duhet për të formuar një shtresë mbrojtëse në sipërfaqen e materialeve sintetike kufizon ndjeshëm mundësinë e përdorimit të kësaj metode për parandalimin e formimit të trombit në indet intravenoze, pasi gjatë kësaj kohe mundësia e formimit të mpiksjes së gjakut në sipërfaqen e materialeve polimere. nuk përjashtohet i përdorur.

Një vend të rëndësishëm në zhvillimin e I. me. janë të zëna nga kërkimet hidrodinamike. Qëllimi i tyre kryesor është të përmirësojnë gjeometrinë e zgavrave, të eliminojnë zonat e ndenjura, rrjedhat turbulente me vorbull dhe rrjedhat me gradient të madh shpejtësie.

Jo më pak detyrë e vështirë- krijimi i kontrollit automatik të punës së qarkullimit të gjakut, duke siguruar rrjedhjen e gjakut në përputhje me nevojat e organizmit. Dihet se zemra e njerëzve dhe e kafshëve ndryshon dinamikën e saj në një gamë shumë të gjerë. Pra, në një person në pushim është 5,5-6,5 litra në minutë. dhe me fizike të konsiderueshme ngarkesa rritet disa herë.

Në modelin I. s. Sistemi i kontrollit "lloji i diafragmës" bazohet në informacionin nga një sensor vëllimi atrial kapacitiv. Është duke u zhvilluar një sistem kontrolli në të cilin pjesa e mbetur e zemrës së gjallë, atriumi i saj dhe nyja sinusale, duke shërbyer si një sensor shumëparametër në sistemin e kontrollit. Për të formuar frekuencën e kontraktimeve ventrikulare, përdoret një stimulues elektrik i valës P dhe një konvertues i kohëzgjatjes së sistolës.

Implantimi i I. s. nuk ka marrë një pykë, aplikim. Modelet e gatshme të një sistemi të inteligjencës artificiale dhe përbërësit e tij individualë (për shembull, valvulat dhe aktivizuesit), përpara se të fillojnë të studiohen në eksperimente me kafshë, ekzaminohen në stendat e ndryshme (Fig. 3). Këto stenda janë një model hidraulik i sistemit kardiovaskular, sigurisht me shumë supozime dhe thjeshtime. Lëngu që qarkullon në stendë është i afërt për nga viskoziteti me viskozitetin e gjakut. Si rregull, matësit e rrjedhës dhe një numër pajisjesh të tjera përfshihen në qarkun e instalimeve të stolit, për shembull, një dhomë për matjen e sasisë së rrjedhës së kundërt të lëngut përmes valvulave të hyrjes dhe daljes në mënyra të ndryshme funksionimi. Sensorët e presionit të futur në seksione të ndryshme të sistemit bëjnë të mundur përcaktimin e luhatjeve të presionit brenda tij, rënien e presionit nëpër valvula dhe një sërë parametrash të tjerë. Turbulenca e rrjedhave të lëngjeve që kalojnë përmes një jonizuesi studiohet gjithashtu në stendat e veçanta. dhe valvulat e tij, shkalla e shkatërrimit të gjakut etj.

Modele të testuara në stola. implantuar në kafshë (qen, derra, dele, por më shpesh viça me peshë 70-110 kg). Zgjedhja, për shembull, e viçave është për faktin se elementët e gjakut të tyre formohen në trupin e tyre. pronat janë më të afërta me ato njerëzore. Për më tepër, dimensionet e zemrës së një viçi të peshës së treguar janë afërsisht të barabarta me dimensionet e një zemre të një njeriu të rritur.

Operacioni i implantimit I.s. në eksperiment kryhet nën anestezi endotrakeale në kushte të qarkullimit artificial (shih) ose në hipotermi (shih Hipotermia artificiale).

Pasi të hiqet zemra e kafshës nga qarkullimi, ajo hiqet, duke lënë atriumin e djathtë dhe të majtë. Aorta dhe trungu pulmonar kryqëzohen në nivelin e valvulave gjysmëunare. Pastaj kryhet implantimi. duke përdorur kanula ose sutura vaskulare që lidhin dhomat përkatëse. Kur përdorni kanula të atriumit, aortës dhe arteries pulmonare I. s. lidheni me atriumet dhe anije të mëdha kafshë. Teknika e implantimit të i.s. duke përdorur sutura vaskulare. Teknika e këtij operacioni nuk është thelbësisht e ndryshme nga teknika e pranuar përgjithësisht e transplantimit ortotopik të zemrës (shih). Pas lidhjes I. me. me trupin, ajri zhvendoset nga të gjitha zgavrat e tij nga fizioli, tretësira; vetëm pasi të keni hequr edhe flluskat më të vogla të ajrit J. s. mund të ndizet. Sapo puna e I. s. stabilizuar gjoks të qepura.

Jetëgjatësia e kafshëve eksperimentale me I. s. mesatarisht 3-5 ditë. Në disa eksperimente i afrohet 1 muaji.

Kur punon I.s. Ndryshime të ndryshme zhvillohen në mushkëri, mëlçi, veshka dhe organe të tjera. Këto ndryshime mund të jenë funksionale dhe morfologjike.

Bibliografi: Problemet e zemrës artificiale dhe qarkullimi i asistuar, ed. B.V. Petrovsky dhe V.I. Shumakov, M., 1970; Shumakov V.I et al. teknologjia, nr.5, f. 5, 1970, bibliogr.; A k u t s u T. Zemra artificiale, Zëvendësimi total dhe mbështetja e pjesshme, Amsterdam, 1975; Kennedy J. H. a. o. Progresi drejt një proteze kardiake ortotopike, Biomater, med. Artif i pajisjeve. Org., v. 1, fq. 3, 1973; Lyman D. J., Hill D. W. a. S t i r k R. K. Ndërveprimi i qelizave të indeve me sipërfaqet e polimerit, Trans. Amer. Soc. artif. praktikant. Org., v. 18, f. 19, 1972, bibliogr.

V. I. Shumakov.

Mjekësia moderne nuk qëndron ende më komplekse nderhyrjet kirurgjikale, madje edhe transplantim për të shpëtuar jeta njerëzore. Por shumë pacientë presin për një transplant zemre me vite dhe shumë prej tyre thjesht nuk kanë kohë të presin... Një zemër artificiale mund të ndihmojë në lehtësimin e jetës për pacientë të tillë, ose të presin në radhë për transplantim. Jetojmë në një epokë teknologjive moderne kur pajisjet mekanike depërtojnë në jetën tonë të përditshme, në trupin tonë dhe gjithashtu në zemrat tona. A është një njeri me zemër artificiale një realitet apo një hero i një libri me fantazi? A mund të bëhet një pajisje mekanike një zëvendësim për "motorin" vendas të trupit të njeriut?

1 Detaje artificiale

Në të zhvilluara shoqëri moderne Askush nuk do të habitet nga lajmet për zëvendësimin e valvulave, apo instalimin e një stimuluesi kardiak artificial, një stent në enë koronare. Por të gjitha këto pajisje të implantuara që synojnë ruajtjen e funksionimit të "motorit" vendas, njerëzor janë pjesë rezervë, pjesë e një zemre artificiale.

Një stimulues kardiak zëvendëson qelizat përgjegjëse për prodhimin e impulseve, një protezë mekanike e valvulës merr rolin e një të dëmtuari dhe e përballon me sukses atë, stentet e kornizës, të cilat janë një rrjetë metalike, tashmë kanë shpëtuar më shumë se një jetë nga sulmet në zemër, pasi ato rivendosin qarkullimin e dëmtuar koronar të gjakut. Pjesët e zemrës artificiale janë implantuar me sukses sistemi kardiovaskular, hidhni rrënjë dhe shpëtoni jetë.

Po t'i bashkoni të gjitha këto pjesë dhe të krijoni një zemër krejtësisht artificiale? Pak histori.

2 Hapat e parë nga natyral në artificial

Më 4 prill 1969, një pacient dyzet e shtatë vjeçar që po vdiste, u shtrua në Qendrën e Zemrës në Houston me një diagnozë të dështimit të zemrës. Kirurgu operativ ndërmerr një operacion të rrezikshëm: vendos një pompë mekanike për pacientin, e cila kryen përkohësisht funksionin e një organi të dështuar. Për tre ditë, pompa e instaluar pompon gjak për të. Falë kësaj pompe, pacienti mbijeton derisa të marrë një organ dhurues. Pra, data është 4 Prill 1969. u bë fillimi i diçkaje si implantimi i zemrës artificiale.

3 Pjesë mekanike të zemrës

Për të ndihmuar ata që janë dëmtuar nga sëmundja, të paaftë për të përballuar pompimin e gjakut përmes trupit në barkushet e zemrës, shkencëtarët kanë krijuar një barkushe artificiale. Kjo është një pajisje mekanike, një pompë, që lehtëson pompimin e gjakut. Këta mekanizma mund të vendosen si jashtë ashtu edhe brenda organit. Modelet e para të barkusheve të zemrës artificiale u bënë në Amerikë. Në modelet e para mekanike, barkushet u zëvendësuan nga dy qese plastike, dhe puna e valvulave të zemrës kryhej nga membranat plastike.

Mekanizmi mundësohej nga një makinë e madhe pneumatike, ishte jashtëzakonisht e zhurmshme dhe gjithashtu dukej shumë e rëndë një pacient me një pajisje të tillë të implantuar mund të jetonte vetëm në një mjedis spitalor. Ky model kishte shumë mangësi. Në fund të viteve '90, u shfaqën turbina elektrike miniaturë të përmirësuara. Këto turbina janë shumë të ngjashme me motorët e avionëve, ato janë të afta të pompojnë gjak për dekada. Pompa me turbinë peshon afërsisht 200-250 gram, dimensionet e saj janë 10-15 cm.

Duket shumë më e vogël se një grusht njeriu. Kjo pajisje është e lidhur me një njësi kontrolli, një procesor me një bateri dhe duket si një çantë që është ngjitur në rripin e një personi. Bateria duhet të rimbushet pas disa orësh. Me ndihmën e këtij blloku, një person është në gjendje të rregullojë funksionimin e barkushes artificiale, të ngadalësojë ose shpejtojë rrotullimin e turbinave. Një kabllo vjen nga procesori dhe kalon lëkurën direkt në barkushen artificiale.

Indikacionet për përdorimin e këtyre turbinave më së shpeshti lindin kur barkushja e majtë e zemrës nuk funksionon. Është ai që "lodh" më shpejt në dështimin e zemrës. Turbina përmban një motor elektrik ose pompë boshtore, e cila pompon gjakun. Pompat aksiale për aparate artificiale të lehta, të vogla në përmasa dhe konsumojnë energji minimale. Pompa nuk krijon një rrjedhje gjaku pulsuese, por të vazhdueshme.

Prandaj, njerëzit me një barkushe mekanike të implantuar nuk kanë puls. Por mungesa e një valë pulsi nuk ndikon në asnjë mënyrë në cilësinë e jetës. Barkushe e majtë elektrike mund të funksionojë paralelisht me zemrën amtare, duke lehtësuar punën e kësaj të fundit. Deri më sot, barkushet artificiale janë futur me sukses dhe funksionojnë në trupat e disa mijëra pacientëve. drejt globit, ato i lejojnë njerëzit të ecin, të ngasin një makinë dhe të bëjnë një jetë të plotë, megjithëse me disa kufizime.

4 A është një makinë e aftë të ndjejë?

E mbani mend historinë për druvarin e kallajit që shkoi te Goodwin magjik për zemrën e tij? Që nga fëmijëria, ne e dimë se metali nuk është në gjendje t'i përgjigjet ndjenjave dhe emocioneve. Si do të reagojë një zemër artificiale ndaj shpërthimeve emocionale, ndjenjave, përvojave? Në fund të fundit, "motori" vendas i njeriut merr me ndjeshmëri emocionet, ndryshimet në humor dhe i jep një përgjigje trupit në formën e ndryshimeve hemodinamike - një ulje ose rritje e rrahjeve të zemrës, një ulje ose rritje e presionit. Këto ndryshime janë të nevojshme për të siguruar oksigjen dhe lëndë ushqyese për të gjitha organet në kushte stresi të përgjithshëm.

A mundet një zemër artificiale e njeriut të përshtatet edhe me ndryshimet e humorit? Shkencëtarët kanë zhvilluar një procesor dixhital me shpejtësi të lartë - një "tru" që kontrollon një organ artificial. Në një fraksion të një mikrosekondi, sistemi njeh ndryshimet në funksionimin e një pajisjeje mekanike dhe rifillon funksionimin e saj përsëri. Por ende nuk është e mundur t'i besohet plotësisht puna përpunuesve të tillë. Një person vetë mund të vendosë ritmin dhe frekuencën e rrahjeve (rrotullimi i motorit) të një zemre artificiale duke ndërruar butonat në pajisjen e jashtme me të cilën është lidhur.

Një zemër mekanike plotësisht e programueshme, siç premtojnë shkencëtarët, është ende në të ardhmen sot ka zhvillime që kërkojnë ende studim. Të gjitha modelet e zemrës artificiale dhe teknologjitë e reja duhet t'i nënshtrohen testeve në shkallë të gjerë. Testuesit e parë të zemrave artificiale janë zakonisht viçat ose derrat njëvjeçarë. Zemrat e tyre janë më të afërt me njerëzit në madhësi dhe pompojnë përafërsisht të njëjtat vëllime gjaku.

5 Disavantazhet e një pajisjeje artificiale

Pavarësisht përfitimeve të mëdha që ofron një zemër artificiale, pacientët mund të përjetojnë komplikimet e mëposhtme:

Tromboza. Rreziku i goditjeve te pacientët e tillë është i lartë, pasi turbinat rrotulluese të motorit dëmtojnë qelizat e gjakut dhe trombocitet e dëmtuara kanë një aftësi më të madhe të ngjiten së bashku dhe të vendosen. Gjithashtu vetë pompa, duke qenë trup i huaj, provokon formimin e trombit. NË Kohët e fundit në sipërfaqe e brendshme Nanofilmi i diamantit aplikohet në pompë dhe turbina, ai është i nevojshëm për të parandaluar trombozën, pasi tromboza ishte ndërlikimi kryesor pas implantimit të pjesëve artificiale të një zemre mekanike.
Infeksion në rritje. Shpesh është infeksioni që shkakton përfundim fatal pacientët me zemër artificiale. Porta e infeksionit është një kabllo, njëri skaj i lidhur me një procesor të jashtëm dhe tjetri me një pajisje mekanike artificiale të implantuar në zemër.

Shkencëtarët po përpiqen ta bëjnë zemrën artificiale të njeriut plotësisht autonome, pa bateri të jashtme, atëherë shumë rreziqe dhe komplikime do të reduktoheshin shumë herë.

6 Zëvendësimi i plotë

Në vitin 2010, në Amerikë, një pacient 55-vjeçar me dështim ekstrem të zemrës pranoi një transplantim të një zemre artificiale - dy turbina elektrike në miniaturë që veprojnë si dhoma e djathtë dhe e majtë e zemrës me rrjedhje të vazhdueshme gjaku. Funksionimi i të dy turbinave kontrollohet nga një procesor i jashtëm. Gjatë dy javëve të para pacienti ndihej shumë mirë, por jetoi pak më shumë se një muaj. Transplantimi i një zemre artificiale - dy turbina që zëvendësojnë plotësisht "motorin" origjinal - kryhet në shumë vende, ky operacion lejon shumë pacientë të mbijetojnë deri në transplantim.

7 Jo "në vend të kësaj", por "për të ndihmuar"

Në Rusi, specialistë nga Klinika Meshalkin dhe Instituti i Fizikës së Aplikuar kanë zhvilluar një zemër mekanike - një pajisje e aftë për të mbështetur "motorin" e sëmurë të një personi, përkatësisht një barkushe të majtë të dobësuar. Avantazhi i tij domethënës është pompa e diskut, e cila redukton ndjeshëm rrezikun e mpiksjes së gjakut. Indikacionet për implantimin e tij mund të përfshijnë pacientët në pritje të transplantit të zemrës, pacientët me insuficiencë të rëndë të zemrës ose me dështim të barkushes së majtë.

Sot ka mjaft pajisje mjekësore, duke imituar organe natyrore ose pjesë të organeve të njeriut: një përforcues dëgjimi, një stimulues elektronik të zemrës, një lente syri prej plastike speciale, bioproteza etj. e pamundur, e cila, për shembull, mund të vazhdojë pa një veshkë ose mushkëri.

Cila është pajisja

Zemra artificiale është një protezë me katër dhoma me barkushe të tipit qese. Pajisja përbëhet nga dy pjesë, secila prej të cilave ka një atrium artificial dhe një barkushe, e cila përbëhet nga një dhomë pune, një trup, valvulat e daljes dhe hyrjes. Trupi i tij është bërë nga materiale speciale silikoni përmes aplikimit me shumë shtresa. Për të bërë dhomën e punës përdoren gjithashtu pjesë gome lateksi dhe silikoni. Trashësia e mureve ndryshon, dhe ato gjithashtu ndryshojnë në një pasivitet dhe aktivitet të caktuar. Për më tepër, dizajni është bërë në atë mënyrë që muret e tij të mos preken gjatë funksionimit, në mënyrë që të mos dëmtojnë enët e gjakut.

Fatkeqësisht, një zemër artificiale është ende vetëm një pajisje që implantohet përkohësisht në mënyrë që një person të mund të presë radhën e tij për një transplant jetik. trup i rëndësishëm. Jetëgjatësia e një pajisjeje të tillë mund të ndryshojë: mesatarisht, ajo është projektuar për rreth një vit përdorimi. Por dihet një rast kur një pacient ka jetuar me të për 17 muaj, duke e mbajtur pajisjen në shpinë në një çantë shpine. Megjithatë, puna dhe kërkimet janë në vazhdim, dhe mjekët shpresojnë se një ditë do të krijojnë një pajisje që mund të implantohet në mënyrë të përhershme.

Një nga disavantazhet është fakti që pacientët duhet të mbajnë vazhdimisht një bateri të rëndë për pajisjen. Pa të, e gjithë puna do të ndalet. Vërtetë, zhvilluesit modernë kanë kuptuar tashmë se si të lehtësojnë një barrë kaq të rëndë. Ata krijuan një këmbë ekzoprotetike me një gjenerator. Kjo është një pajisje që mbahet në këmbë, por nuk ndërhyn në lëvizje. Energjia prodhohet gjatë ecjes. Sidoqoftë, përdorimi i një zhvillimi të tillë nuk përjashton përdorimin e një baterie shtesë si rezervë. Natën, kur përdorni këtë teknologji, mund ta kaloni zemrën në një bateri të madhe.

Parimi i funksionimit

Zemra artificiale funksionon në mënyrën e mëposhtme: së pari, ajri furnizohet në dhomat e ajrit, pastaj ai hyn në dhomën e gjakut përmes një membrane fleksibël dhe fillon të shtyjë gjakun në anije kryesore. Ndërkohë, në dhomën e ajrit formohet një vakum, duke bërë që membrana të tërhiqet nga brenda. Gjaku hyn në dhomën e gjakut nga atriumi. I gjithë ky proces kontrollohet nga disku i pajisjes.

Një zemër artificiale është instaluar në ata njerëz që janë të diagnostikuar me:

Ishemia që u zhvillua në sfondin e një ataku të rëndë në zemër;
Një sërë formash të kardiomiopatisë së zgjeruar, si dhe të tjera patologjitë e rënda muskuli i zemrës kur ndalon së përballuari funksionet e tij.

Patologji të tilla shpesh kërkojnë një transplant zemre, sepse më vete ajo nuk mund të funksionojë plotësisht.

Natyrisht, një person që ka marrë një protezë të tillë duhet të jetë nën mbikëqyrjen e vazhdueshme dhe të rreptë të mjekëve. Ndër kërkesat që do t'i vendosen, ka mjaft kufizime. Kështu, për shembull, do t'ju duhet të hiqni dorë Aktiviteti fizik, dhe absolutisht çdo, edhe nga vrapimi i lehtë. Ai gjithashtu duhet të shmangë ngritjen e objekteve të rënda. Një pacient që përdor një zemër artificiale duhet të ndjekë një regjim dhe rutinë të qartë ditore, të flejë mjaftueshëm dhe të kalojë mjaftueshëm kohë ajer i paster etj. Natyrisht, goditjet nervore dhe stresi janë kundërindikuar për të. Ju gjithashtu duhet të përdorni shumë qartë (fjalë për fjalë në orë) të ndryshme furnizime mjekësore të përshkruara nga një mjek. Dhe gjithçka duhet të respektohet sa më shumë që të jetë e mundur, sepse jeta e një personi varet drejtpërdrejt nga ajo.