Файл: Лабораторная работа 3 Искусственное сердце Цель работы ознакомиться с разработками "искусственного сердца".docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 90
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В 1970-х годах возникла идея использовать в качестве источника питания для искусственного сердца радиоактивный плутоний-238. Правда, так и не удалось решить проблему радиационного облучения пациента с атомным сердцем, а также людей, которые бы с ним контактировали.
В СССР в конце 1960-х годов к разработке искусственного сердца было подключено конструкторское бюро Сухого, основной деятельностью которого была и остается разработка самолетов. Инженерам изначально ставилась задача: создать временное устройство, позволяющее пациенту, сердце которого больше не может биться, дожить до появления донорского органа. А в 1974 году программа по созданию искусственного сердца с пневмоприводом стала международной: СССР и США начали совместные работы, которые продолжались на протяжении 20 лет.
В доперестроечные годы в России была разработана модель «Герц-02» с ранцем для пневмопривода. Теленок, на котором ее испытывали, прожил более 2 недель. В 1985 году наши ученые продемонстрировали модель «Поиск-10М», который, по расчетам разработчиков, должен был подарить пациенту 100 дней жизни. Всего было выполнено 17 трансплантаций данного устройства. Максимальная продолжительность его работы составила 15 дней. В временем, на Западе самой известной моделью стало искусственное сердце Jarvik-7, названное по имени своего создателя Роберта Джарвика. В 1982 году пациент, которому была сделана пересадка Jarvik-7, прожил 112 дней. В течение довольно долгого времени после этого именно данная разработка искусственного сердца служила временной заменой сердца людям, ожидающим донорское сердце, по всеми миру. Максимальный срок службы Jarvik-7 составил 620 дней — настолько она продлила жизнь Уильяму Шредеру. Позднее модель была немного доработана и стала называться Symbion, потом — CardioWest, а современная версия Jarvik-7 известна всему миру как SynCardia — название, ставшее именем крупнейшей компании в мире по разработке и производству искусственных сердец.
Впервые, автономный протез сердца AbioCor производства компании Abiomed получил Роберт Тулс, афроамериканец 59 лет от роду. Операция была проведена 2 июля 2001 года. Пациент прожил с искусственным сердцем полгода. Особенностью данной модели было то, что питание сердца осуществлялось не по проводам, идущим в тело человека, а при помощи радиосигналов, которые транслировались батареей и принимались детектором, имплантированным в брюшную полость. Имплант был снабжен внутренним аккумулятором, что позволяло на протяжении короткого времени существовать автономно. Аппарат был одобрен FDA, но история AbioCor не получила продолжения. В 2012 году создатель компании умер, и разработки были свернуты.
В 2010 году европейские регулирующие органы одобрили к применению модель компании SynCardia под названием temporary Total Artificial Heart (TAH-t) — временное полностью искусственное сердце. При его установке удаляются левый и правый желудочки сердца пациента, а также 4 клапана. Нетронутыми остаются только предсердия, аорта и легочная артерия. К ним присоединяют искусственные желудочки, которые подключены к воздушному насосу, находящемуся за пределами тела. Уже через неделю после операции 75% пациентов встают с постели. Через 2 недели они уже могут проходить небольшие расстояния. Постепенно нормализуются функции печени и почек.
Недавно SynCardia представила конструкцию с говорящим названием Freedom Portable Driver. Внешнее устройство весит 6 кг и представляет собой комплект из насоса, который заменяет сердце, и батареи к нему. Для того, чтобы их можно было постоянно носить с собой, пациент получает сумку или рюкзак. Пациенты, которым пересажено «сердце-освободитель», по-прежнему остаются в списках на пересадку донорского сердца. Но ожидать операцию они теперь могут в домашних условиях, и им даже не обязательно постоянно сидеть дома. Литий-ионные аккумуляторы, питающие сердце, заряжаются от обычной розетки — обычно пациент ложится на зарядку на время сна или в процессе поездок. На сегодняшний день пересажено более 1,6 тысяч сердец SynCardia. Самый долгий срок жизни с искусственным сердцем этого типа составил почти 4 года. Многие пациенты успели дожить до получения живого донорского сердца. Пока это единственная компания, занимающаяся производством искусственных сердец, которые получили одобрение трех крупнейших организаций, регулирующих производство и распространение данного рода устройств в США, Канаде и в Европе.
Устройство компании Carmat весом 900 г, заменяющее сердце и способное работать без команд извне, было впервые пересажено во Франции в декабре 2013 года. Операция проводилась в парижском госпитале. Состояние 76-летнего пациента с острой сердечной недостаточностью на момент перед операцией было критическим. С новым сердцем в груди он уже через несколько суток был отключен от аппарата искусственного дыхания и прожил еще 65 дней. Датчики, которыми было снабжено новое устройство, определяли скорость и объем потока крови и самостоятельно регулировали работу искусственного органа — ровно так, как это происходит в живом сердце. Компания-разработчик анонсировала свой продукт, как конечный вариант. То есть, если искусственные сердца компании SynCardia изначально предназначены для того, чтобы человек мог дожить до трансплантации живого органа, то сердце Carmat создано для людей, которым по разным причинам пересадка проведена быть не может. Чаще всего, это слишком пожилые пациенты, которые вряд ли дождутся донорского сердца в условиях острого дефицита. Было произведено еще несколько пересадок сердец Carmat. Во всех случаях пациенты умирали в течение 2-2,5 месяцев после операции. В декабре 2016 года после 5-й смерти французские власти распорядились остановить пересадки искусственных сердец компании, хотя ее представители уверяли, что проблема не в устройствах (стоимость операции в целом, около 120 тыс.евро).
6. Проведите сравнительный анализ пересадки искусственного и донорского сердца. Какие достоинства и недостатки
Искусственное сердце обычно продлевает жизнь на месяцы сверх ожидаемого срока на терминальной стадии сердечной недостаточности. Если пациент ждет пересадки органа, данное устройство может сохранить ему жизнь в период ожидания, а также улучшить ее качество. Однако TAH(Полностью искусственное сердце (total artificial heart -TAH) – это очень сложное оборудование, в том числе и для самого процесса пересадки, помимо этого, оно может вызывать осложнения.
Максимальное известное время жизни пациента на системе AbioCor (2001 год – первая пересадка) составляет 17 месяцев с момента имплантации. Спустя 2-5 лет применения пластиковые и металлические компоненты начинают изнашиваться, что требует повторного хирургического вмешательства.
В настоящее время TAH используют среди небольшого количества людей. Исследователи работают над тем, чтобы усовершенствовать устройство с целью продлить жизнь человека и уменьшить количество потенциальных побочных эффектов.
Наблюдается рост спроса на TAH. По данным американского министерства здравоохранения около 4 тыс. человек ждут пересадки донорского сердца ежегодно, однако органы получают порядка 2300 пациентов. Среди стран Евросоюза 3 400 больных в 2012 году находились в очередях на донорские сердца, и только 2004 человека получили их.
Когда пациент ставится на очередь на донорское средце, прогноз жизни неутешителен, ему приходится ждать от 1 недели до 1,5 года. 20-50% из таких людей умирают, не дождавшись трансплантата.
Пятилетняя выживаемость у детей составляет около 45-65%, в течении одного года эта цифра немного больше и составляет 78%. Около 3 лет живут не более 72%, и только 25% живут дольше 11 лет после трансплантации.
Очень серьезной проблемой в лечении детей является большая смертность. Помимо этого, чаще возникает позднее отторжение, возникает нефротоксичность при длительном приеме циклоспоринов, быстрее развивается коронарный атеросклероз.
Когда операция проводится ребенку в течении полугода после рождения, процент однолетнего выживания составляет не более 66%. Это связано с несоответствием сосудов.
Наиболее опасна реконструкция дуги аорты, когда производится глубокая гипотермия, остановка кровообращения. После пересадки сердца выживаемость после 1 года составляет 85%. В последствии, у некоторых пациентов возникает отторжение, изменения в связи с инфекционными болезнями
, и процент снижается до 73.
Продолжительность жизни более 10 лет отмечается не более чем у половины всех пациентов, которые перенесли пересадку сердца. Самым тяжелым последствием считается отторжение трансплантата. Это может произойти не сразу, а спустя несколько месяцев. К ранним послеоперационным осложнениям относят кровотечение и проникновение инфекции.
Если происходит первое, то рана снова вскрывается и ушивается кровоточащий сосуд. Чтобы предотвратить развитие инфекции бактериального, вирусного или грибкового характера, назначаются антибиотики и иммуносупрессия. Помимо этого, может развиться онкологический недуг в виде лимфомы или миеломы, этому способствуют иммуносупрессоры, так как они подавляют иммунитет. Ишемия может появиться, если орган был вживлен не сразу, а более чем через 4 часа после извлечения из донорского тела.
7.Какие перспективные направления развития разработок в области создания искусственного сердца.
Живое сердце ежедневно перекачивает 7,5 тысяч литров крови, которая растекается по более чем 100 тысяч километров кровеносных сосудов. И так оно работает на протяжении нескольких десятков лет. Пока ни одно из устройств, созданных человеком, не способно на это. Механизм вряд ли когда-нибудь сможет полностью заменить собой живой орган со всеми его функциям и способностью реагировать на малейшие изменения в организме. А пересадка донорского сердца — сложнейшая операция, связанная со множеством рисков. Кроме того, невозможно решить проблему дефицита донорских органов. Но, благодаря, последним разработкам ученых, появилась возможность позволяющая избежать большинства сложностей, связанных с пересадкой донорского или механического сердца. Сегодня ученые учатся выращивать новое сердце для человека из его же стволовых клеток.
Начинается все с более простых органов. Например, уже практически отработан механизм создания щитовидной железы из распечатанного на 3D-принтере каркаса, покрытого собственными стволовыми клетками пациента. Технологии в этой области стремительно развиваются, так что возможно, через 10-15 лет выращенное на заказ сердце уже не будет никого удивлять. Сегодня, у людей с портативным сердцем немало специфических проблем. Их жизнь — это постоянная борьба с инфекциями, пытающимися проникнуть в их организм, с самим организмом, который не всегда согласен носить в себе инородное тело. Им нельзя ходить куда-то в одиночку — только вдвоем, так как всегда есть риск угрозе состоянию здоровья. Они должны принимать большие дозы препаратов, разжижающих кровь, и поэтому постоянно мерзнут, не говоря о других побочных эффектах. Им запрещено окунаться в воду. И, наконец, они всегда издают шум работающего насоса, что не дает им побыть в тишине и привлекает внимание других людей.
-
Проанализируйте основные научные институты, участвующие в разработках по созданию современного искусственного сердца. Укажите отличительные особенности научных направлений этих центров.
В 2012 году МИЭТ (Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МИЭТ»)объявил о том, что созданное с участием учёных института отечественное «искусственное сердце» впервые имплантировали человеку. Это первая подобная разработка, сделанная и применённая в России — до этого пациентам-сердечникам проводили имплантацию зарубежных устройств.
Успешная операция по имплантации российского аналога состоялась в 2013г и была выполнена благодаря многолетнему партнерству кафедры Биомедицинских систем (БМС) МИЭТа под руководством профессора С.Селищева, научного руководителя проекта, и ФНЦ трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И.Шумакова. Согласно прогнозам Центра, серийное производство аппарата предполагается запустить далее.
Помимо разработки «искусственного сердца» учёные кафедры Биомедицинских систем МИЭТ ведут исследования и опытно-конструкторские работы в области создания других биомедицинских приборов и систем, которые получают широкое практическое применение: это приборы для мониторинга физиологических параметров человека, приборы для фотометрических исследований биологических жидкостей, аппараты для электрической дефибрилляции сердца, томограф для диагностики головного мозга новорожденного, искусственные органы и имплантанты, а также биосовместимые материалы и лазерные биоприпои.
«Объединенная приборостроительная корпорация» (ОПК, входит в Ростех) и Московский авиационный институт (МАИ) приступили к созданию искусственного сердца в 2015 году. Их идея была в проектировании прибора, который смог бы обеспечить пациенту полноценную жизнь, а «не дожитие до операции»,т.е. качественную жизнь с новым сердцем. Существующие аналоги искусственного сердца представляют собой внешнее устройство, позволяющее заместить орган до момента пересадки сердца. По словам руководителя направления –А.Кулиш:
«Мы пытаемся запустить проект создания искусственного сердца. Существуют два типа таких разработок — на постоянном кровотоке и на импульсивном. По постоянному кровотоку в России есть разработки, срок жизни пациента с таким сердцем достаточно небольшой. Мы ведем речь именно об импульсивном кровотоке, где реализуется механизм, максимально приближенный к естественному, когда сердце толкает кровь порциями. Аналогичные разработки в России есть, но они не доведены до логического завершения.