Искусственное сердце: классика и инновации
Ученые пытаются облегчить «обычные» батарейки кардиопротеза и выращивают настоящее сердце из стволовых клеток
22 августа 2018 года исполняется 98 лет со дня рождения Дентона Кули, человека, впервые пересадившего пациенту искусственное сердце, и 49 лет со дня самой операции. Что изменилось в кардиотрансплантологии за последние полвека?
Что такое «искусственное сердце»
Искусственным сердцем сегодня называют два довольно разных типа аппаратов. Оба они, разумеется, выполняют насосную функцию, «качая» кровь по человеческому телу. Однако аппараты первого типа — так называемые АИКи (аппарат искусственного кровообращения) — это большие машины, используемые во время операций на сердце. Фактически они представляют собой комплекс «сердце-легкие», так как состоят из собственно насоса, качающего кровь, и оксигенатора, снабжающего эту кровь кислородом.
Второй тип — это кардиопротез, т. е. такое устройство, которое может выполнять функции сердца после имплантации в организм человека. Именно такой аппарат был впервые пересажен больному в 1969 году Дентоном Кули — как временная мера, пока пациент дожидается подходящего донорского сердца. Тогда пациент прожил после операции 65 часов — и это уже был успех.
Главные проблемы
Сложностей в таком деле, как конструирование искусственного органа, конечно, немало. Но среди них можно выделить две основных проблемы. Первая — это источники энергии: сердце-то внутри, а батарейки должны быть снаружи, чтобы их можно было менять без привлечения хирургической бригады.
Провод, соединяющий батарею и механизм, служит отличной «дорогой» для патогенных микроорганизмов, вызывающих разного рода инфекции. Кроме того, сами батарейки очень крупные — целый рюкзак на спине больного, с которым приходится быть неразлучным.
Вторая — это тромбообразование. Даже пациентам, у которых всего один синтетический клапан в родном биологическом сердце, приходится пожизненно принимать лекарства, снижающие свертываемость (варфарин, ривароксабан). Когда же всё сердце синтетическое, вероятность тромботических осложнений возрастает в десятки раз.
Полностью эта проблема сейчас не решена, но существует компромиссное решение: искусственные сердца выбрасывают кровь не толчками, как «природные», а сплошным непрерывным потоком. В таком потоке отсутствуют турбулентные завихрения, и тромбы образуются заметно реже.
Сам себе батарейка
От проводов, идущих снаружи внутрь, пока избавиться не удается, хотя идеи на этот счет имеются очень интересные. Например, была попытка организации подзарядки непосредственно через кожу пациента. Однако разность потенциалов приводит к развитию сильных дерматитов. Для решения этой проблемы сейчас разрабатывают специальные защитные гели (которые одновременно могут улучшать проводниковые свойства кожи).
А вот для того, чтобы избавиться от тяжелого рюкзака с аккумуляторами, изобретатели предложили весьма изящное решение. Пациент надевает на ногу специальный экзопротез (внешне он похож на ортезы, которые носят люди с травмированным коленом), в который вмонтирован генератор.
Во время ходьбы механическая энергия трансформируется в электричество, которое и обеспечивает работу механического сердца. Можно сказать, что Жванецкий в своей старой миниатюре предсказал появление этого устройства — когда предлагал прицепить к балерине динамо-машину для выработки электричества.
Из материала заказчика
Не отстают и биотехнологии — в частности, выращивание органов из стволовых клеток пациента. У сердца есть одно преимущество перед многими другими органами: в нем не так много различных типов клеток. Но, с другой стороны, сложность в том, что основная масса клеток сердца — сократительные кардиомиоциты — должна быть расположена в одном направлении. Ведь, синхронно сокращаясь, они должны вызывать одно мощное движение, а не картину «лебедь, рак и щука».
Ученые Университета Торонто заняты созданием каркаса такой формы, которая позволит верно «сориентировать» кардиомиоциты еще в процессе роста. Одна из последних разработок — каркас в виде сот. Изобретателям удалось вырастить в «сотах» три соединенных вместе слоя сердечных мышечных клеток, которые под воздействием электрического импульса начали синхронно биться — как настоящее сердце. Предполагается, что сам каркас будет биодеградируемым — т. е. через некоторое время после пересадки распадется внутри организма на естественные для него метаболиты.
Пока еще искусственные сердца пересаживают людям только в качестве временной меры — в ожидании подходящего донорского. Но, судя по развитию технологий, в будущем нас ожидает возможность вырастить каждому человеку «запасное» сердце по индивидуальному проекту.
Лидия Куликова