Искусственные сердца

Искусственные сердца

Следует пожалеть, что великий фантаст, предсказавший технику грядущего, Жюль Верн, в своих романах не уделил внимания медицине будущего. Он, вероятно, написал бы и роман о сердце, предугадав то, что несколькими десятилетиями позднее создали инженеры и медики: возможность велеть сердцу остановиться и тем самым позволить хирургу производить операции на этом центральном органе кровообращения человеческого тела, исправлять врожденные и приобретенные дефекты, а затем восстанавливать обычное кровообращение, которое во время операции осуществляли машины.

Аппарат «искусственное сердце и легкие» поистине чудо, созданное гением человека.[7] Каждый год аппарат этот позволяет избавлять тысячи сердечных больных, особенно детей, от несчастья, которым они страдают по жестокой прихоти природы. Но ученые не удовлетворены этим чудесным аппаратом. Ведь он только на час или на несколько часов может взять на себя задачу сердца. Кроме того, этот метод обходного кровообращения придуман лишь для того, чтобы иметь возможность оперировать на сердце, когда есть врожденный или приобретенный порок, который может быть устранен хирургическим путем.

Остается неисчислимое множество больных сердец, которым пока еще не может помочь ни один хирург; им не может помочь и специалист по болезням сердца, назначив лекарства: наперстянку, строфант, вытяжку из ландыша, раувольфию, чудесное растение, которое растет у подножья Гималаев, и другие. У таких больных сердце, истощенное болезнями и нагрузкой, связанной с требованиями жизни, в значительной мере утратило свою силу. Таким людям нужно было бы новое, здоровое сердце, обладающее силами здоровой молодости, своего рода протез, подобный искусственной челюсти, двигатель, делающий то, на что способно сердце, дарованное человеку природой.

Это была, конечно, более чем фантастическая и утопическая мысль. Она побудила врачей и инженеров задуматься: нельзя ли реализовать идею искусственного сердца и сделать ее действительностью?

Поэты находили для сердца много лирических сравнений, но медики всегда сопоставляли его только с насосом. Насос… В таком случае, если мы думаем об искусственном сердце, речь должна идти о создании своего рода насоса, принимающего кровь из больших собирающих трубок — вен и перекачивающего ее в артерии, которые затем доставят ее дальше. Когда впервые возникла мысль построить такой насос, который смог бы заменить сердце, разумеется, было ясно, что это одна из труднейших задач, когда-либо возникавших перед изобретателем. Но в эпоху космических полетов и атомной энергии все казалось осуществимым, и некоторые врачи и инженеры отважились приступить к разрешению проблемы и создать первые искусственные сердца.

Само собой разумеется, в настоящее время может быть написана только первая глава романа об искусственном сердце. Но и она заслуживает признания, хотя мы знаем, сколь несовершенным бывает начало.

Создать искусственное сердце отважилась группа медиков и техников, работавшая в городе Кливленде, в штате Огайо (США). В существующей там клинике есть отделение, изготовляющее искусственные органы, им руководит доктор У. Колфф. Приступив к созданию искусственного сердца, конструкторы думали построить его так, чтобы можно было заменить им естественное сердце и поместить вместо него или рядом с ним в грудную полость человека.[8]

Как уже говорилось, задача заключалась в том, чтобы помочь утомленному сердцу. С этой целью были созданы и испытаны в эксперименте аппараты, которые должны были не заменить, а лишь поддержать ослабленное сердце. Попытки усилить кровообращение, которое становится недостаточным, делались и ранее другими врачами. Например, при помощи манжетки, наложенной вокруг сердца. В сущности, это был широкий рукав, напоминавший манжетку и обхватывавший сердце. Рукав заполняли воздухом в соответствии с ритмом бьющегося сердца и снова опорожняли, это поддерживало деятельность сердца и помогало ему выполнять свою задачу. Ритм наполнения и опорожнения, разумеется, регулировался особым аппаратом. Преимущество метода было в том, что на самое кровь никакого воздействия не оказывалось, и поэтому не возникало опасности, что кровь свернется и ее сгустки попадут с током крови в сосуды и органы, важные для жизни.

Но механическая поддержка деятельности бьющегося сердца оказывалась недостаточной, и поэтому все больше напрашивалась мысль о замене сердца механическим насосом. Колфф со своими сотрудниками первый взялся за разрешение такой задачи. С того времени в кливлендской клинике ими было построено и испытано в эксперименте несколько искусственных сердец. Их назвали «кардиомимами».

Каковы главные проблемы, возникающие при создании искусственного сердца, которое должно надолго и полностью заменить собою естественное? Прежде всего надо иметь в виду кровь, которой не должно быть нанесено вреда. Ведь как образование сгустков крови, так и разрушение красных кровяных телец чрезвычайно опасно для жизни человека, и это не позволило бы применить машину. Кроме того, насос должен иметь такие размер и форму, чтобы и его можно было поместить в грудную полость, причем большую роль играет и вес, так как насос нужен не чересчур тяжелый. Следующая проблема — теплота. Ведь во всякой машине часть энергии превращается в теплоту, количество которой, разумеется, не должно быть чрезмерным. Насос должен работать, как естественное сердце, то есть около 70 раз в минуту втягивать и затем выталкивать кровь и каждый раз в количествах, соответствующих меняющимся условиям работы организма. Наконец, следует подумать и о длительной работоспособности «кардиомима», ведь он должен работать в течение всей жизни человека.

Описать технические особенности искусственного сердца не легко. После бесчисленных предварительных опытов, наконец, создали несколько образцов, оказавшихся пригодными для применения, и хотя нельзя было утверждать, что они полностью соответствуют требованиям, все же при опытах на животных оказалось, что аппараты могут справиться с поставленной задачей. Они отличаются один от другого видом двигателя. Так, был построен роликовый насос с электрическим мотором. Желудочки сердца в нем заменены двумя рукавами, они находятся в цилиндрической коробке; мотор, расположенный в ее середине, обеспечивает опорожнение сердца; при этом достигается и хорошее наполнение «сердца», а так как клапаны между предсердиями и желудочками не нужны, модель могла бы быть вполне пригодной. Но вес и размеры аппарата слишком велики, чтобы его можно было поместить в грудную полость.

Электрический мотор приводит в действие и искусственное сердце маятникового типа. Желудочки сердца изготовлены из пластмассы и имеют форму мешочков, хорошо опорожнивающихся при маятникообразных движениях перегородки, но наполнение их — в фазу расслабления сердца — несовершенно.

В других моделях используется магнит. Один из таких аппаратов приводится в действие пятью электромагнитами, образующими звезду, которые растягивают мембраны, расположенные снаружи от них. Все устройство размещено в коробке, наполненной маслом: когда мембраны растягиваются, давление на масло повышается, и желудочки «сердца» опорожняются. Но об этой модели еще нельзя сказать — пригодна, так как она тяжела, велика и сильно разогревается во время работы.

Эти недостатки заставили ученых построить модели, в которых тяжелый мотор помещается вне грудной клетки человека. В таком случае, естественно, трубки должны проходить через грудную стенку. Управляемые магнитные клапаны создают толчки сжатого воздуха, имитирующие ритм сердца. Желудочки сердца сделаны из пластмассы и заключены в жесткую коробку, закрытую герметически. При повышении давления между стенками коробки и желудочками последние сдавливаются со всех сторон, при уменьшении этого чрезмерного давления сердце расслабляется, как обычное, естественное.

В той же лаборатории используются модели с перекатывающимися мембранами, закрывающими два связанных между собой поршневых насоса. Один из них меньше другого. Он наполняется сжатым газом и благодаря этому опорожняет другой насос, заполняемый кровью. Когда это искусственное сердце должно расслабиться, чтобы желудочек наполнился кровью, давление в газовой камере уменьшается. Преимущество такого искусственного сердца, приводимого в движение воздухом, находящимся под давлением, в том, что оно небольших размеров, весит мало и может быть разобрано на две части. Кроме того, организм не перегревается, так как двигатель и регулирующее устройство находятся вне человеческого тела и в случае надобности их можно ремонтировать.

Все эти искусственные сердца, устройство которых здесь можно было описать лишь в общих чертах, представляют собой автоматически работающие аппараты, созданные, несомненно, весьма остроумно и изобретательно. Само собой разумеется, они пока несовершенны. Исследователи и здесь находятся еще в начале пути.

Рассмотрим теперь опыты, проведенные с помощью таких искусственных сердец. Вначале аппараты испытывались, так сказать, в лабораторных условиях, без животных. Их помещали в стеклянный сосуд, наполненный жидкостью, наблюдали за работой и проверяли, отвечают ли они предъявляемым требованиям. Затем перешли к опытам на животных. Опыты, описанные в первых сообщениях ученых, относятся к одиннадцати собакам. Собаке вскрывали левую сторону грудной клетки и вначале удаляли наибольшую часть сердца — желудочки, оставляя предсердия. Затем трубками из пластмассы временно соединяли левое предсердие с аортой, а правое с легочной артерией. Затем искусственное сердце помещали в грудную клетку и прикрепляли к ребрам, а вышеупомянутые сосуды от левого и правого предсердий присоединяли к аппарату. Во время операции было особенно важно не допустить проникновения воздуха в ток крови, так как это вызвало бы смертельную закупорку сосуда воздушным пузырем. Как только искусственное сердце начинало действовать, грудную клетку закрывали и приступали к лечению операционной раны по обычным правилам. В течение всего опыта, разумеется, следили за давлением в сосудах, чтобы оказать помощь в случае надобности.

Как протекал этот опыт на одиннадцати собаках? Вначале, сразу после операции, все казалось в порядке. Девять собак по окончании наркоза пришли в полное сознание, некоторые из них пили воду, садились, лаяли и отвечали на зов, как вполне нормальные животные. Несмотря на это, после вмешательства они прожили недолго. Только одна собака прожила 26 часов, все остальные погибли раньше. Средняя продолжительность их жизни после операции — 13 часов. Во время опыта и по окончании операции были проведены все необходимые анализы: время от времени у собак брали кровь, чтобы выяснить, не меняется ли она, проходя через искусственное сердце, впрыскивали адреналин — продукт надпочечной железы, повышающий кровяное давление, и многие другие препараты.

Такие опыты, особенно вначале, разумеется, сопряжены с большими трудностями. Ученые испытали много неудач, пока добились результатов, описанных выше.

Но почему животные погибали так быстро? Отчасти это зависит от вида подопытных животных. Большую опасность, которую долго не удавалось устранить, представляло собой образование сгустков крови. У собаки кровь вообще весьма склонна к свертыванию, а пагубные последствия кровяных сгустков в циркулирующей крови общеизвестны. Другая опасность заключалась в разрушении красных кровяных телец при соприкосновении с внутренней поверхностью сердца.

Конечно, если бы удалось достичь такой внутренней поверхности искусственного сердца, какой ее создает природа, дело упростилось бы. Но какими бы гладкими ни казались пластмассы, они таковыми еще не являются; в области клапанов сердца опасны даже поры, видимые только под микроскопом. Даже в естественном сердце область клапанов является ранимым местом, где легче всего образуются сгустки крови, представляющие такую опасность. Можно применять средства, предотвращающие свертывание крови, но это опасно для организма.

Из числа синтетических материалов, использованных для конструирования искусственного сердца, идеального пока не нашлось. Одно вещество обладает одними преимуществами и недостатками, другое — другими, но наилучшего пока еще нет. Из числа синтетических материалов, испытанных до настоящего времени, следует назвать силиконовый каучук. Он лучше других предотвращает свертывание текущей крови, не изнашивается и стоек по отношению к химическим веществам. Однако лабораторные испытания не решают дела; в теле животного он оказался не лишенным недостатков.

То же самое следует сказать и о разрушении красных кровяных телец, которые очень чувствительны к механическим повреждениям, когда их бросает из стороны в сторону и прижимает к пластмассе. Поэтому при создании искусственного сердца всячески избегают применять твердые материалы и пользуются эластичными, уступающими давлению. По этой же причине искусственные сердца построили без клапанов, так как именно клапаны — самые опасные места для кровяных шариков. Для искусственного сердца с клапанами пользуются пластмассой из уретана, хотя он не вполне выдерживает нагрузку и обладает некоторыми другими недостатками. Но конструкторы проводят дальнейшие испытания и, несомненно, достигнут цели.

Много трудностей пришлось и еще придется преодолеть, дабы придать искусственному сердцу силу, необходимую для его нормального функционирования. Следует ли устроить так, чтобы энергия вырабатывалась в самом аппарате, или лучше сообщать ее извне, через грудную стенку? Вот основные вопросы, возникшие вначале, а вскоре появилось и много второстепенных. Аппарат можно было укрепить на теле под кожей и извне снабжать его током от мотора, расположенного на теле, снаружи. Можно было применить индукционные токи или магнитное поле. Можно было избрать и прямой метод и подвести проводники прямо к сердцу; преимущество этого метода в том, что сила передается весьма просто. Можно было применить очень тонкие трубки и подводить по ним под высоким давлением инертный газ. Он приводил бы искусственное сердце в действие, а регулировать давление газа не представило бы трудностей. Что касается помещения моторов в тело человека, то есть конструкций, работающих без помощи извне, следует прежде всего подумать о сроке службы двигателя. В наше время вечных моторов не существует, и, например, моторы переменного тока служат не более двух лет.

Все это показывает, как трудна проблема. Но для опытов на животных аппараты, созданные до настоящего времени, оказались удовлетворительными, а для начала достаточно именно этого. Нельзя забывать и того, что хотя кровь и организм в целом весьма чувствительны к присутствию инородного тела, они отличаются и большой приспособляемостью. Правда, сейчас еще нельзя сказать, окажется ли она достаточной и позволит ли в ближайшем будущем осуществить идею создания искусственного сердца. Возможно, будет более целесообразным вместо одного искусственного сердца вставить в грудную клетку два аппарата, правое и левое сердца, дабы они, как родные братья, работали сообща, служа своему старшему брату — всему организму человека.

Вот каково положение в этой столь важной области. Следует признать, что ученые достигли весьма ценных успехов, хотя практических результатов их работ еще не видно.

Итак, от искусственного сердца, построенного из синтетических и естественных материалов, пока еще нельзя ожидать помощи в практическом лечении сердечных расстройств. Это музыка будущего, первые аккорды которой уже прозвучали. Но нужда в замене больных сердец, ставших неработоспособными, очень велика и. неуклонно растет в наше время с его необычайно усилившимися требованиями, предъявляемыми к сердцу и кровообращению. Поэтому ученые, еще не располагая искусственным сердцем, подумали о другом: каждый день погибают тысячи людей, умирая от болезни или становясь жертвой несчастного случая; и среди них часто бывают люди со здоровым, сильным сердцем, которое билось бы еще долго, если бы не болезнь или несчастный случай. Врачи задали себе вопрос: нельзя ли извлекать такие сердца, а затем вставлять их людям, сердца которых уже более не работоспособны?

Не врачу такая мысль покажется фантастической и невыполнимой, но это совсем не так. Мысль использовать органы умерших людей для пересадки их живым, нуждающимся в них, вовсе не абсурдна и во многих случаях уже осуществляется. Первым примером этого служит переливание консервированной крови. В СССР научились консервировать трупную кровь. После удачных пересадок роговицы глаза, сделанных впервые В. П. Филатовым, эта проблема решена. Сохраняют и кости. Почему же нельзя пересаживать и целые органы, конечности, сердца? Со стороны хирургии препятствий нет: нервы и артерии могут быть соединены швами, а все остальное не имело бы значения, но главным препятствием служит так называемая тканевая несовместимость, поскольку один организм не переносит присутствия белков другого организма, даже когда у обоих одинаковые группы крови. Между двумя индивидами есть биохимические различия, относящиеся к тайнам человеческого организма. Единственное исключение из правила составляют однояйцевые близнецы. Человеку, сердце которого уже нельзя восстановить и которому возможно сохранить жизнь только путем замены сердца, можно бы пересадить сердце его только что умершего брата, если бы они оба были однояйцевыми близнецами и если бы сердце последнего осталось работоспособным. Но такую возможность способна вообразить себе только фантазия романиста. Природа и судьба едва ли дадут ее нам.

Следовательно, и эта возможность отпадает. О ней можно лишь упомянуть и ждать, пока новые успехи медицины устранят препятствие, которое создают биохимические различия между людьми, относящиеся к природе человека.