8 марта 1952 года считается днём рождения «искусственного сердца». В этот день в Пенсильванском госпитале в Филадельфии в ходе операции у пациента было остановлено сердце, а его функции впервые в истории выполняло механическое устройство, дав возможность врачам в течение 50 минут оперировать больного.

01

Ближайшим предшественником приборов искусственного кровообращения, вероятно, можно считать так называемый перфузионный насос, который в 1935 году изобрели Чарльз Линдберг и Алексис Каррель. Этот прибор предназначался для прокачки заменителя крови через ампутированные органы животных в процессе их транспортировки — чтобы поддерживать их жизнедеятельность. Кстати говоря, сам термин «искусственное сердце» предложили редакторы журнала Time, когда в 1938 году один из номеров его вышел в свет с фотографией перфузионного насоса на обложке.

02

Стоит отметить, что в 1925 году, ровно за 10 лет до «искусственного сердца» Линдберга-Карреля, вышел в печати знаменитый роман Александра Беляева «Голова профессора Доуэля», где подобная технология была основным фантастическим допущением сюжета. А источник вдохновения — да вот он: в этом же 1925-м С. Брюхоненко и С. Чекулин создали первый в мире аппарат, способный заменить сердце. В ходе своего сенсационного эксперимента им удалось с помощью аппарата поддерживать жизнь отделённой от туловища головы собаки в течение нескольких часов (на фото). Причём собака была в сознании и даже принимала пищу.

03

Что ж, давайте поглядим, что же удалось сделать за прошедшие годы в области создания искусственных заменителей сердца — в одной из самых (увы!) востребованных сегодня технологий.

Вчера

В 50-х годах прошлого столетия над созданием всевозможных «искусственных сердец» работало множество компаний, однако далеко не все разработанные приборы дошли до стадии клинических испытаний. Один из первых удачных образцов был создан в лаборатории компании General Motors под руководством хирурга-кардиолога Додрилла в 1952 году. Аппарат Dodrill-GMR и стал тем первым в истории искусственным сердцем, с рассказа о котором мы начали разговор.

04

Аппарат этот во многом напоминал многоцилиндровый двигатель и был весьма несовершенен уже тем, что интенсивно разрушал клетки крови. В усовершенствованной конструкции аппарата Коуна и Мастарда (1953 год) желудочки сердца были смоделированы резиновыми ёмкостями, которые периодически сжимались внешними металлическими штоками.

сердце2

Наибольшее распространение в середине прошлого века получили аппараты искусственного кровообращения на базе конструкции Джона Гиббона, усовершенствованной врачами клиники Майо в Миннесоте. Аппарат Майо — Гиббона стал массово использоваться в клиниках с 1957 года.

майо_гиббон

А первый образец имплантируемого искусственного сердца в 1969 году представили научной общественности Д. Лиотта и Д. Кули (США). Их прибор поддерживал жизнь пациента в течение 64 часов, пока готовилось к операции человеческое сердце-трансплантат. Начиная с этого момента прогресс в технологии искусственных сердец очень наглядно отражает график длительности непрерывной работы аппаратов:

график

Сегодня

Первая имплантация искусственного сердца, рассчитанного на длительный срок эксплуатации, была проведена 2 декабря 1982 года в Медицинском центре Ютского университета (США). Пациенту имплантировали аппарат Jarvik-7, названный так в честь изобретателя Р. Джарвика (на фото он со своим аппаратом).

05

Jarvik-7 был изготовлен из полиуретана с резиновыми мембранами, игравшими роль поршней. Подводимый извне сжатый воздух растягивал мембраны, которые выталкивали кровь через клапаны в артерии.

В дальнейшем усилия конструкторов были направлены на создание полностью автономных имплантируемых аппаратов искусственного кровообращения, не требующих подвода извне электроэнергии по проводам или же пневмо- либо гидравлического давления по трубопроводам. В качестве примера одного из удачных образцов таких аппаратов можно привести искусственное сердце AbioCor, разработанное компанией Abiomed.

сердце1

Искусственное сердце AbioCor имеет встроенный электродвигатель и аккумулятор, заряжать который можно через кожные покровы больного (без проводов). Полностью заряженный аккумулятор даёт возможность больному свободно двигаться в течение часа, после чего необходимо подключить зарядное устройство. Гарантийный срок службы аппарата — 18 месяцев. К сожалению, ещё ни разу больной с имплантированным искусственным сердцем AbioCor не пережил этот гарантийный срок…

Завтра
Существующие сегодня образцы искусственных сердец не сильно отличаются друг от друга конструктивно, будучи в основе своей всего лишь механическими насосами. Надежды на создание в будущем всё более совершенных искусственных сердец связаны сегодня не с механикой, а с технологиями стволовых клеток.

Учёные, исследующие процессы превращения универсальных стволовых клеток в специфические клетки тканей того или иного органа, в последние несколько лет добились впечатляющих успехов в деле выращивания мышечной ткани сердца и даже отдельных его компонентов. В 2004 году в Массачусетском технологическом институте группа исследователей под руководством Горданы Вуняк-Новакович впервые вырастила ткань сердечной мышцы, обладающей способностью сокращаться под воздействием электрических импульсов. А в 2007-м серьёзного успеха добились британские учёные из клиники Harefield. Группа исследователей под руководством Магди Якуба сумела вырастить из стволовых клеток важнейшую деталь сердца — клапан.

мыша2

В марте прошлого года сенсационное известие пришло из Питсбургского университета. Исследователям удалось полностью убрать из сердца крысы все клетки, оставив лишь «каркас» — матрикс из белковой соединительной ткани. После этого, матрикс «заселяли» стволовыми клетками, полученными из человеческих клеток фибробластов путём специальной процедуры Яманаки — Гардона (за открытие такой возможности Синъя Яманака и Джон Гардон в 2012 году получили Нобелевскую премию).

После 20-дневной инкубации, в течение которой стволовые клетки превращаются в клетки тканей сердца, исследователи получили крысиное (конструктивно), но человеческое (по клеточному составу) сердце, не содержащее ни одной небиологической детали. Более того, полученное таким образом сердце самостоятельно запустилось в работу, его пульс составил 40–50 ударов в минуту. Мышечная ткань оказалась чувствительной к воздействию гормонов, управляющих частотой сердцебиения, но, будучи лишённой нервов, пока не способна воспринимать управляющие сигналы нервной системы.

Параллельно развивается ещё одно направление создание искусственных живых органов — технология 3D-биопринтеров, «печатающих» живые органы (и сердце в том числе) специальными «чернилами», которые состоят из помещённых в гелевый матрикс живых клеток ткани. Технология сегодня развивается с потрясающей быстротой, но это уже тема отдельного разговора.

06