Искусственные внутренние органы: искусственное сердце, легкое, печень, почки

Ученые всего мира все чащи задумывались над созданием искусственных органов, которые могли бы заменить настоящие по своим функциям, и в этом направлении были достигнуты определенные успехи. Нам известны искусственные почка, легкие, сердце, кожа, кости, суставы, сетчатка, кохлеарные импланты.

Искусственное сердце — представляет собой технологическое устройство, предназначенное для поддержания достаточных для жизнедеятельности параметров гемодинамики. В настоящее время под искусственным сердцем понимается две группы технических устройств.

К первой относятся гемооксигенаторы (аппараты искусственного кровообращения). Они состоят из артериального насоса, перекачивающего кровь, и блока оксигенатора, который насыщает кровь кислородом. Данное оборудование активно используется в кардиохирургии, при проведении операций на сердце.

Ко второй относятся кардиопротезы, то есть технические устройства, имплантируемые в организм человека, призванные заменить сердечную мышцу и повысить качество жизни больного. Следует отметить, что в настоящее время данные устройства являются лишь экспериментальными и проходят клинические испытания.

В основе искусственного легкого — система разветвленных капилляров, по которым течет кровь человека. Система соприкасается с мембраной, отделяющей «сосуды» от камеры с воздушной средой. Мембрана изготовлена из кремния и имеет всего десять микрон толщины. Сосуды и капилляры искусственного легкого изготовлены из полимера полидиметилсилоксана с помощью специальной формы для отливки.

Искусственная почка — аппарат для временного замещения выделительной функции почек. Искусственную почку используют для освобождения крови от продуктов обмена, коррекции электролитно-водного и кислотно-щелочного балансов при острой и хронической почечной недостаточности, а также для выведения диализирующихся токсических веществ при отравлениях и избытка воды при отёках.

Основной задачей аппарата искусственной почки является очищение крови от различных токсичных веществ, в том числе продуктов метаболизма. При этом объём крови в пределе организма остаётся постоянным.

В настоящее время также ведутся работы по созданию искусственной почки биоинженерными методами.

 

В норме печень нейтрализует алкоголь и другие токсические вещества, попадающие в организм человека. Каждую минуту в нее поступает полтора литра венозной крови, и каждую минуту все полтора литра полностью очищаются от токсических веществ. Существует специальный белок, который несет в печень токсические вещества, - это альбумин. А после очистки в печени кровь направляется в сердце, в легкие и дальше по всему организму.

Если же печень не работает, то токсины, химикаты, ядовитые вещества накапливаются в организме и постепенно убивают человека. В этих случаях искусственная печень спасает жизнь.

Процедуру очищения крови проходят очень просто. Через крошеные проколы к пациенту подключают два катетера. Через один "грязная" кровь забирается из организма в аппарат, а через другой "чистая" кровь возвращается обратно в организм.

Процесс очистки идет в самом аппарате, и там всё - как в настоящей печени. Альбумин отделяется и очищается от токсических веществ, а затем возвращается человеку вместе с чистой кровью.

Искусственная печень нужна пациентам с острой и хронической печеночной недостаточностью, обусловленной различными отравлениями, например, грибами или суррогатами алкоголя, различными ядами. А также людям с хронической печеночной недостаточностью, которым планируется пересадка печени.

Пока работает искусственная печень, собственная печень человека набирается сил. Это единственный орган в нашем теле, который может полностью восстанавливаться. У печени полностью восстанавливаются свои ткани, если остался хотя бы небольшой участок здоровых клеток, и постепенно больной выздоравливает.

 

 

Искусственная кровь

Искусственная кровь — общее название для целого ряда кровезаменителей, призванных выполнить и улучшить функции традиционной донорской крови. Особо интенсивные научно-исследовательские работы в данном направлении, хотя и разными методами, до и особенно после 2000 года начали вести группы учёных из России, Японии, США, Швеции, Германии и других стран. В настоящее время функции искусственной крови выполняют несколько изобретений, в основе которых лежат следующие элементы:

Гемоглобин (США), побочный эффект — повышение кровяного давления (гипертония).

Перфторан, или так называемая «голубая кровь» — создан на основе перфторорганических соединений, имеет голубой цвет, способен пассивно переносить кислород как следствие высокой растворимости последнего в перфторорганических соединениях.

Альбумин

Пластиковая кровь и др.

 

Идеальные искусственные органы

Идеальные искусственные органы — это машины, которые будут работать десятки лет под большими нагрузками и не требовать какого-либо технического обслуживания. Скажем, мощность сердца человека в покое составляет чуть больше 3 ватт. Это значит, что за день оно совершает работу почти в 90 килоджоулей. То есть «поднимает» тонну груза на четвертый этаж. При физической нагрузке, естественно, его производительность должна значительно возрастать. А теперь представьте, что такой аппарат еще должен умещаться в груди, иметь запас энергии, и не останавливаться ни на минуту в течение всей жизни.

Искусственные легкие — не менее сложная задача. Поверхность «оригинальных» дыхательных органов примерно равна теннисному корту. За одну минуту на ней двадцать раз равномерно «разливается» и убирается стакан крови. Кроме того, постоянно происходит самоочищение легких от сажи, пыли и других вредных частиц, которые мы вдыхаем. Если добавить, что такой орган по объему не должен превышать пяти литров, становится понятно, что работа над таким аппаратом еще очень далека от завершения.

Печень — тоже довольно маленький орган, в котором умещается «химический завод» и мощная система фильтрации. Только за одну минуту через нее проходит полтора литра крови, которую нужно очистить от продуктов жизнедеятельности, не нарушив при этом электролитный, гормональный и белковый баланс. Многие вещества, например — алкоголь, лекарства, жиры, не просто задерживаются в печени, но и перерабатываются в форму, наиболее удобную для выведения из организма. Кроме того, этот орган отвечает за синтез примерно литра желчи — эмульгатора пишевых жиров.

Еще один орган, без которого человек прожить не может — это почка. Аппарат, его замещающий должен, как и печень, фильтровать всю кровь организма. Но на этом функция почек не заканчивается: их биологический «компьютер» анализирует состав крови и на основании этих данных поддерживает в очень узких пределах содержание практически всех растворенных в ней веществ.

 

 

Искусственные мембраны

 

Искусственная мембрана обычно представляет собой жесткую селективно-проницаемую перегородку, разделяющую массообменный аппарат на две рабочие зоны, в которых поддерживаются различные давления и составы разделяемой смеси.

Мембраны могут быть выполнены в виде плоских листов, труб, капилляров и полых волокон. Мембраны выстраиваются в мембранные системы. Наиболее распространенные искусственные мембраны — полимерные электролитические мембраны. При определённых условиях, преимущественно могут быть использованы керамические мембраны.

Некоторые мембраны работают в широком диапазоне мембранных операций, таких, как микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос, первапорация, сепарация газа, диализ или хроматография. Способ применения зависит от типа функциональности включеной в мембрану, которые могут быть основаны на изоляции по размеру, химическом родстве или электростатике.