Искусственные органы

Имплантируемый насос из стали, снабженный батарейкой и индукционной катушкой для заряда через кожу, в будущем должен заменять неизлечимо больное сердце. При небольших дефектах, например, клапанов, хирурги пересаживают запчасти из свиных сердец или из пластика. Если сердце то и дело сбивается с ритма, корректирующие импульсы задает электронный водитель сердечного ритма, вшиваемый в грудную клетку.

О возможности замены больного сердца пациента, не дающего ему шансов жить дальше, мечтали многие поколения врачей. Простая, на первый взгляд, идея установить вместо сердца насос для крови, выдвинутая еще в начале XIX века, оставалась нереализованной очень долго. Шаг за шагом, или, говоря словами нашего знаменитого хирурга Бориса Петровского, через горы трупов, медицина подступала к "святая святых" человеческого организма, освоив технику операций на открытом сердце, создав искусственные клапаны сердца, научившись имплантировать кардиостимуляторы. Прорывом стала пересадка сердца, но и она не решает всех вопросов. Ведь проблема нехватки донорских органов и необходимость иммуносупрессии серьезно ограничивают и количество таких операций, и выживаемость больных.

Исследования поначалу проводились в направлении частичной замены функции одного из отделов сердца (правый или левый желудочек), и только с созданием аппарата искусственного кровообращения стало возможным всерьез задуматься над тем, как полностью заменить сердце механическим аналогом. Великий советский ученый-экспериментатор Владимир Демихов еще в 1937 году показал принципиальную возможность поддержания кровообращения в организме собаки с помощью пластикового насоса, приводимого в движение электродвигателем. Два с половиной часа, которые прожила собака с этим механическим устройством, имплантированным на место удаленного собственного сердца, стали отсчетом новой эры в медицине.

Эстафету подхватили американские ученые, но лишь два десятилетия спустя В.Кольф и Т.Акутсу разработали искусственное сердце из полихлорвинила, состоящее из двух мешочков, включенных в единый корпус. Оно имело 4 трехстворчатых клапана из того же материала и работало от пневмопривода, расположенного снаружи. Эти исследования положили начало целой серии конструктивных решений искусственного сердца с внешним приводом. Почти четверть века потребовалась для того, чтобы в эксперименте были достигнуты стабильные результаты выживания животных и созданы предпосылки для использования этой технологии в клинической практике. Работы по созданию искусственного сердца интенсивно проводились несколькими группами ученых в США, СССР, ФРГ, Франции, Италии, Японии.

К 1970 году были получены обнадеживающие показатели - животные выживали до 100 часов (Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, США). Однако затем в связи с хроническими неудачами экспериментаторов встал вопрос: а возможно ли в принципе выживание животного с искусственным сердцем более 100 часов? К счастью, на него сравнительно быстро удалось ответить утвердительно - к 1974 году была достигнута выживаемость животных в течение месяца, а три года спустя организм уже 75 проц. животных стабильно работал в течение этого срока. Полученные результаты позволили считать, что метод замены собственного сердца искусственным,как временная мера может быть применен в клинике.

модель искусственного сердца, разработанного в Берлине. Эта модель была впервые имплантирована профессором Хетцером в 1987 г.

Идея имплантации искусственного сердца для поддержания жизни реципиента на период поиска подходящего донора была реализована в 1969 году, когда американский хирург Д.Кули произвел имплантацию искусственного сердца больному, которого после резекции обширной аневризмы левого желудочка не удавалось отключить от аппарата искусственного кровообращения. Через 64 часа работы искусственное сердце было заменено на аллотрансплантат, однако еще 36 часов спустя больной погиб от пневмонии. Это был первый случай двухэтапной операции трансплантации сердца, которая сегодня распространена очень широко. В настоящее время, правда, на первом этапе проводят имплантацию не искусственного сердца, а искусственного левого желудочка, но об этом дальше.

Начиная с 1982 года Де Вриз выполнил шесть операций по имплантации искусственного сердца с внешним приводом больным в терминальной стадии сердечной недостаточности. Уже первый больной, несмотря на ряд технических осложнений, прожил с искусственным сердцем "Джарвик-7" 112 суток, затем выживаемость больных была доведена до 603 суток. Все шесть пациентов в конце концов погибли от инфекций. Эти операции, несмотря на общественный интерес, не получили распространения в дальнейшем, так как у больных, привязанных к громоздкому внешнему приводу, не было ни единого шанса на сколько-нибудь полноценную жизнь.

В нашей стране серьезные исследования в области создания искусственного сердца возобновились в 1966 году по инициативе и под руководством тогда еще никому неизвестного молодого хирурга, а впоследствии академика Валерия Шумакова сначала в Институте клинической и экспериментальной хирургии, а с 1975 года - в НИИ трансплантологии и искусственных органов. В течение многих лет над этим работали сотрудники НИИТиИО В.Толпекин, А.Дробышев, Г.Иткин. В 70-е годы советские ученые шли вровень с американскими в разработке искусственного сердца. Не случайно в 1974 году министры иностранных дел СССР и США А.Громыко и Г.Киссенджер в числе других важных документов подписали межправительственное соглашение по исследованиям в области искусственного сердца и вспомогательного кровообращения. Как говорит Валерий Шумаков, этому соглашению в отличие от многих других была уготована счастливая судьба. Оно выполнялось на протяжении двух десятилетий, в результате были созданы искусственное сердце и искусственные желудочки сердца, применявшиеся в клинической практике.

В НИИТиИО были проведены исследования по созданию насосных устройств, систем управления и контроля работы протеза сердца в длительных медико-биологических экспериментах на телятах. Длительность работы модели искусственного сердца с внешним приводом "Поиск-10М" была доведена к 1985 году до 100 суток. Все это позволило начать его клинические испытания. Показаниями к применению искусственного сердца были резкое ухудшение состояния пациентов, включенных в лист ожидания на пересадку сердца; критические ситуации у больных, которые после окончания операции не могут быть отключены от аппарата искусственного кровообращения; резко прогрессирующие явления отторжения трансплантата.

С декабря 1986 года специалистами НИИТиИО было выполнено 17 трансплантаций искусственного сердца "Поиск-10М", из них 4 в Польше, куда бригада выезжала по экстренному вызову. К сожалению, несмотря на героические усилия врачей, максимальная продолжительность работы искусственного сердца не превысила 15 суток. Но, как это ни цинично звучит в данном случае, отрицательный результат в науке - тоже результат.

- Мы убедились, что искусственное сердце с внешним приводом имеет серьезные отрицательные стороны, - говорит заведующий лабораторией вспомогательного кровообращения и искусственного сердца НИИТиИО профессор Владимир Толпекин. - Прежде всего это большая травматичность, ведь сначала нужно удалить собственное сердце больного и лишь потом на его место поставить сердце искусственное. При этом возникает много осложнений, воспаление тканей, из-за чего повторная трансплантация затруднительна.

Из 17 больных, которым трансплантировали "Поиск-10М", донорское сердце удалось пересадить лишь одному, но и у него за 3,5 суток жизни на искусственном сердце ткани изменились настолько сильно, что на 7-е сутки после пересадки донорского органа развился воспалительный процесс, приведший к смерти. В настоящее время лишь одна фирма в мире выпускает искусственное сердце с внешним приводом, и на практике в последнее время они практически не применяются ни в качестве "моста" к трансплантации донорского сердца, ни тем более как длительно работающий орган. В результате искусственное сердце было вытеснено менее травматичной системой - искусственным левым желудочком (обход левого желудочка).

Левый желудочек вместо целого сердца

Нагрузка на левый желудочек сердца намного больше, чем на правый, и поэтому, как правило, выходит из строя именно левая половина сердца. Исходя из этого, специалисты из НИИТиИО совместно с конструкторами авиазавода Сухого в середине 80-х годов приступили к разработке искусственного левого желудочка "Ясень-22". Его клинические испытания закончились блестяще. У 7 больных с тяжелой сердечной патологией использовали эту модель искусственного желудочка сердца с максимальной длительностью перфузии до 9 суток и спасли их жизнь. После того как функция сердца восстанавливалась, больные отключались от устройства и выписывались в удовлетворительном состоянии. Но в конце 80-х годов на авиазаводе сменилось руководство, которое не пожелало продолжать эти весьма многообещающие исследования.

Примерно в то же время в Москву приехали американские специалисты, которые привезли с собой целую партию своих искусственных левых желудочков-насосов "Биопамп". Именно эти устройства и применяются в настоящее время в НИИТиИО при двухэтапной трансплантации сердца. Показания к их использованию - нарастание явлений сердечной недостаточности, нарушение функции почек. При этом результаты обычной и двухэтапной трансплантации сердца примерно одинаковые. Такие искусственные левые желудочки сравнительно дешевы, ими легко управлять. Хотя они и не дают пульсирующего кровотока, организм это переносит сравнительно легко. Трансплантацию донорского сердца удается провести 95 проц. больных, которым был имплантирован искусственный левый желудочек. В НИИТ и ИО зарегистрированы уникальные в мировой практике сроки жизни больных на искусственном левом желудочке "Биопамп" - до 55 суток. Правда, радоваться этому вряд ли стоит, ведь такие "рекорды" связаны с тяжелейшей ситуацией с донорскими органами в нашей стране.

Но и эти искусственные левые желудочки уже не удовлетворяют ученых. Насосы имеют ряд существенных недостатков - тот же внешний привод, наружные магистрали, необходимость замены головки аппарата каждые 3-4 дня и связанная с этим опасность инфицирования больного. Врачи ставили новые задачи перед конструкторами, и в результате в 90-е годы в США была разработана более совершенная модель искусственного левого желудочка - "Новакор". Имплантат представляет собой насос мембранного типа с электромеханическим соленоидным приводом. Его основное преимущество в том, что снаружи остается лишь система управления и энергообеспечения (батареи) весом 3,5 кг, а насос имплантируется в тело больного. Пациент не "привязан" к аппарату постоянно, хотя его активная жизнь ограничена 7 часами в сутки - на столько хватает заряда аккумулятора. В мире уже имплантированы сотни таких систем (в 87 проц. случаев они рассматриваются как "мост" к трансплантации, в 9 проц. - как "мост" к восстановлению функции сердца, в 4 проц. - как альтернатива трансплантации).

Показано, что миокард больных кардиомиопатией при использовании этих устройств в той или иной степени восстанавливался, размеры сердца нормализовались, уменьшались или вовсе исчезали участки фиброза, улучшалась клеточная энергетика. Среднее время работы этого устройства - 174 дня, максимальное - более 3 лет. С 1998 года несколько имплантаций этого искусственного левого желудочка было выполнено в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева. Один из больных живет с этим устройством уже почти два года, и врачи не исключают возможность удаления искусственного левого желудочка в связи с нормализацией работы сердца.

Итак, искусственные левые желудочки "Новакор" доказали свою эффективность при лечении больных с сердечной недостаточностью, но эти устройства доступны лишь для здравоохранения богатых стран, в России же внедрению в широкую клиническую практику мешает их слишком высокая цена (порядка 300 тыс.$). Единственным выходом видится создание более дешевого отечественного аналога. Над этим сейчас работают в лаборатории вспомогательного кровообращения и искусственного сердца НИИТиИО совместно с МАИ. Работают значительно активнее, чем это позволяет нынешнее финансирование медицинской науки. Уже закончены стендовые испытания, в прошлом году начались эксперименты на телятах, показавшие работоспособность имплантируемого обхода левого желудочка, при котором из левого предсердия кровь попадает в аорту. Но пока продолжительность жизни животных с этим устройством не превысила трех суток, поскольку не удалось решить проблемы тромбообразования, инфекций. Нуждается в доработке и главное звено этого устройства - насос. Впрочем, в этой области у специалистов НИИТиИО и сотрудничающих с ними инженеров из МАИ большой опыт - за последние годы ими разработана новая концепция построения центрифужных насосов, в результате создано две конструкции насоса, с меньшей травмой форменных элементов крови по сравнению с американскими аналогами. Российская модель обладает значительно большей тромборезистентностью, увеличен до 30-40 дней срок работы этих насосов без замены головки.

Широкое распространение искусственных левых желудочков отнюдь не поставило крест на искусственном сердце. Искусственное сердце XXI века будет лишено громоздкого искусственного привода, насос будет имплантированным (гидравлический или роторный), пациенты смогут жить с ним многие годы. И это отнюдь не заоблачные мечты. Кардиохирург О.Фрезер их Хьюстона совместно с одной из американских фирм разработал электрогидравлическое имплантируемое искусственное сердце, которое уже в этом году может быть пересажено человеку.

А в Институте сердца университета Оттавы готовятся к имплантации искусственного левого желудочка "Хартсейвер", который целиком вживляется в грудную клетку непосредственно рядом с сердцем пациента. Новое устройство величиной с сердце среднего размера и весом 500 г соединяется одной трубкой с предсердием, другой с желудочком. Оно предназначено для перекачки крови и снятия значительной части нагрузки с больного сердца, которое благодаря этому сможет дольше работать. Но даже в случае внезапной остановки сердца, как утверждает изобретатель аппарата профессор-кардиолог Тофи Муссивенд, "Хартсейвер" сможет длительное время выполнять его функции, действуя как искусственное сердце до пересадки больному донорского сердца.

Кстати, в НИИ трансплантологии и искусственных органов тоже не забыли об искусственном сердце. Несмотря на тяжелейшее финансовое положение института, его директор Валерий Иванович Шумаков находит возможности для поддержки этих исследований. Пока модель нового российского электрогидравлического имплантируемого искусственного сердца существует только в чертежах. Но в самое последнее время удалось найти средства на гидронасос, и российское искусственное сердце, как говорят конструкторы, уже начали делать "в железе".

Пройдет время, и в мире появится искусственное сердце, которое будет работать не хуже, чем донорское, и многие проблемы трансплантологии будут решены. Но о тех его моделях, которые были созданы на протяжении XX века, человечество будет помнить, как мы помним о паровозах, аэропланах, телеграфе. Потому что без них бы не было сверхскоростных поездов, космических ракет, Интернета. И пусть на пути создания искусственного сердца неудач было пока больше, чем успехов, но ведь дешевые победы не стоят ничего.

Левосторонний искусственный желудочек ИНКОР

Кардиостимулятор:

Кардиостимулятор (электрокардиостимулятор, ЭКС) или искусственный водитель ритма — медицинский прибор, предназначенный для поддержания ритма сердца. Основной задачей кардиостимуляторов является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьется недостаточно часто (брадикардия), или имеется блокада проведения между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада).