Искусственные органы

Карагандинский  Государственный Медицинский Университет

Кафедра медицинской биофизики и информатики 
 

СРС 
 

Тема: «Искусственные органы» 
 
 
 

Выполнила: Есмагамбетова Айгуль,

                                                                                             146 группа ОМФ

                                                                               Проверила: Балмагамбетова Г.Г. 
 
 

Караганда

2011

Содержание

1. Введение
2. Искусственное легкое
3. Искусственное сердце
4. Искусственная почка
5. «Чудо-очки»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Идеи  о замене больных органов здоровыми возникли у человека еще несколько веков назад. Но несовершенные методы хирургии и анестезиологии не позволяли осуществить задуманное. В современном мире трансплантация органов заняла достойное место в лечении терминальных стадий многих заболеваний. Были спасены тысячи человеческих жизней. Но проблемы возникли с другой стороны. Катастрофический дефицит донорских органов, иммунологическая несовместимость и тысячи людей в листах ожидания того или иного органа, которые так и не дождались своей операции.

     Современная медицинская техника позволяет  заменять полностью или частично больные органы человека. Электронный  водитель ритма сердца, усилитель  звука для людей, страдающих глухотой, хрусталик из специальной пластмассы — вот только некоторые примеры  использования техники в медицине. Все большее распространение  получают также биопротезы, приводимые в движение миниатюрными блоками питания, которые реагируют на биотоки в организме человека.

     Ученые  всего мира все чаще 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.

     Во  время сложнейших операций, проводимых на сердце, легких или почках, неоценимую помощь медикам оказывают «Аппарат искусственного кровообращения», «Искусственное легкое», «Искусственное сердце», «Искусственная почка», которые принимают на себя функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу.

Искусственное легкое

 «Искусственное легкое» представляет собой пульсирующий насос, который подает воздух порциями с частотой 40—50 раз в минуту. Обычный поршень для этого не подходит, в ток воздуха могут попасть частички материала его трущихся частей или уплотнителя. Здесь, и в других подобных устройствах используют мехи из гофрированного металла или пластика — сильфоны. Очищенный и доведенный до требуемой температуры воздух подается непосредственно в бронхи. Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) – эффективное средство интенсивной терапии, обеспечивающее газообмен, имеет все необходимые режимы для обеспечения различных вариантов вентиляции легких. Но как самостоятельное лечение малоэффективно, все достоинства этого метода проявляются в комплексной терапии основного заболевания. При длительном применении также возможно развитие различных осложнений.

Искусственное сердце

 «Аппарат искусственного кровообращения» устроен аналогично. Его шланги подключаются к кровеносным сосудам хирургическим путем. Первая попытка замещения функции сердца механическим аналогом была сделана еще в 1812 году. Однако до сих пор среди множества изготовленных аппаратов нет полностью удовлетворяющего врачей.

Отечественные ученые и конструкторы разработали  ряд моделей под общим названием  «Поиск». Это четырехкамерный протез сердца с желудочками мешотчатого  типа, предназначенный для имплантации  в ортотопическую позицию.

В модели различают  левую и правую половины, каждая из которых состоит из искусственного желудочка и искусственного предсердия. Составными элементами искусственного желудочка являются: корпус, рабочая  камера, входной и выходной клапаны. Корпус желудочка изготавливается  из силиконовой резины методом наслоения. Матрица погружается в жидкий полимер, вынимается и высушивается — и так раз за разом, пока на поверхности матрицы не создается  многослойная плоть сердца. Рабочая  камера по форме аналогична корпусу. Ее изготавливали из латексной резины, а потом из силикона. Конструктивной особенностью рабочей камеры является различная толщина стенок, в которых  различают активные и пассивные  участки. Конструкция рассчитана таким  образом, что даже при полном напряжении активных участков противоположные  стенки рабочей поверхности камеры не соприкасаются между собой, чем  устраняется травма форменных элементов  крови.

Российский конструктор Александр  Дробышев, несмотря на все трудности, продолжает создавать новые современные  конструкции «Поиска», которые будут  значительно дешевле зарубежных образцов.

Принципы создания искусственного сердца были разработаны  В. П. Демиховым еще в 1937 г. С течением времени это устройство претерпело колоссальные преобразования в размерах и способах использования. Искусственное сердце – механический прибор, который временно берет на себя функцию кровообращения, в случае если сердце пациента не может полноценно обеспечивать организм достаточным количеством крови. Одна из лучших на сегодня зарубежных систем «Искусственное сердце» «Новакор» стоит 400 тысяч долларов. С ней можно целый год дома ждать операции. В кейсе-чемоданчике «Новакора» находятся два пластмассовых желудочка. На отдельной тележке наружный сервис компьютер управления, монитор контроля, который остается в клинике на глазах у врачей. Дома, с больным блок питания, аккумуляторные батареи, которые сменяются и подзаряжаются от сети. Задача больного — следить за зеленым индикатором ламп, показывающих заряд аккумуляторов. Существенным его недостатком является потребность в постоянной подзарядке от электросети.

Искусственная почка

Один из самых  необходимых искусственных органов  — это почка. В настоящее время  сотни тысяч людей в мире для  того, чтобы жить, должны регулярно  получать лечение гемодиализом. Беспрецедентная  « машинная агрессия», необходимость  соблюдать диету, принимать медикаменты, ограничивать прием жидкости, потеря работоспособности, свободы, комфорта и различные осложнения со стороны  внутренних органов сопровождают эту  терапию.

Аппараты «Искусственная почка» работают уже довольно давно  и успешно применяются медиками. Еще в 1837 году, изучая процессы движения растворов через полупроницаемые  мембраны, Т. Грехен впервые применил и ввел в употребление термин «диализ» (от греческого dialisis — отделение). Но лишь в 1912 году на основе этого метода в США был сконструирован аппарат, с помощью которого его авторы проводили в эксперименте удаление салицилатов из крови животных. В аппарате, названном ими «искусственная почка», в качестве полупроницаемой мембраны были использованы трубочки из коллодия, по которым текла кровь животного, а снаружи они омывались изотоническим раствором хлорида натрия. Впрочем, коллодий, примененный Дж. Абелем, оказался довольно хрупким материалом и в дальнейшем другие авторы для диализа пробовали иные материалы, такие как кишечник птиц, плавательный пузырь рыб, брюшину телят, тростник, бумагу…

Для предотвращения свертывания крови использовали гирудин — полипептид, содержащийся в секрете слюнных желез медицинской  пиявки. Эти два открытия и явились  прототипом всех последующих разработок в области внепочечного очищения.

Каковы бы не были усовершенствования в этой области, принцип пока остается одним и  тем же. В любом варианте «искусственная почка» включает в себя полупроницаемую  мембрану, с одной стороны которой  течет кровь, а с другой стороны  — солевой раствор. Для предотвращения свертывания крови используют антикоагулянты — лекарственные вещества, уменьшающие  свертываемость крови. В этом случае происходит выравнивание концентраций низкомолекулярных соединений ионов, мочевины, креатинина, глюкозы, других веществ с малой молекулярной массой. При увеличении пористости мембраны возникает перемещение веществ с большей молекулярной массой. Если же к этому процессу добавить избыточное гидростатическое давление со стороны крови или отрицательное давление со стороны омывающего раствора, то процесс переноса будет сопровождаться и перемещением воды — конвекционный массообмен. Для переноса воды можно воспользоваться и осмотическим давлением, добавляя в диализат осмотически активные вещества. Чаще всего с этой целью использовали глюкозу, реже фруктозу и другие сахара и еще реже продукты иного химического происхождения. При этом, вводя глюкозу в больших количествах, можно получить действительно выраженный дегидратационный эффект, однако повышение концентрации глюкозы в диализате выше некоторых значений не рекомендуется из-за возможности развития осложнений. Наконец, можно вообще отказаться от омывающего мембрану раствора (диализата) и получить выход через мембрану жидкой части крови вода и вещества с молекулярной массой широкого диапазона.

В 1925 году Дж. Хаас провел первый диализ у человека, а в 1928 году он же использовал гепарин, поскольку длительное применение гирудина было связано с токсическими эффектами, да и само его воздействие на свертывание крови было нестабильным. Впервые же гепарин был применен для диализа в 1926 году в эксперименте X. Нехельсом и Р. Лимом.

Поскольку перечисленные  выше материалы оказывались малопригодными в качестве основы для создания полупроницаемых  мембран, продолжался поиск других материалов. И в 1938 году впервые для  гемодиализа был применен целлофан, который в последующие годы длительное время оставался основным сырьем для производства полупроницаемых  мембран.

Первый же аппарат  «искусственная почка», пригодный для  широкого клинического применения, был  создан в 1943 году В.Колффом и X.Берком. Затем эти аппараты усовершенствовались. При этом развитие технической мысли в этой области вначале касалось в большей степени именно модификации диализаторов и лишь в последние годы стало затрагивать в значительной мере собственно аппараты. В результате появилось два основных типа диализатора. Так называемых катушечных, где использовали трубки из целлофана, и плоскопараллельных, в которых применялись плоские мембраны.

В 1960 году Ф.Киил сконструировал весьма удачный вариант плоскопараллельного диализатора с пластинами из полипропилена, и в течение ряда лет этот тип диализатора и его модификации распространились по всему миру, заняв ведущее место среди всех других видов диализаторов. Затем процесс создания более эффективных гемодиализаторов и упрощения техники гемодиализа развивался в двух основных направлениях. Конструирование самого диализатора, причем доминирующее положение со временем заняли диализаторы однократного применения, и использование в качестве полупроницаемой мембраны новых материалов. Диализатор — сердце «искусственной почки», и поэтому основные усилия химиков и инженеров были всегда направлены на совершенствование именно этого звена в сложной системе аппарата в целом. Однако, техническая мысль не оставляла без внимания и аппарат как таковой.

В 1960-х годах  возникла идея применения так называемых центральных систем, то есть аппаратов  «искусственная почка», в которых  диализат готовили из концентрата —  смеси солей, концентрация которых  в 30—34 раза превышала концентрацию их в крови больного.

Комбинация диализа  «на слив» и техники рециркуляции была использована в ряде аппаратов  «искусственная почка», например американской фирмой «Travenol». В этом случае около 8 литров диализата с большой скоростью циркулировало в отдельной емкости, в которую был помещен диализатор, и в которую каждую минуту добавляли по 250 миллилитров свежего раствора и столько же выбрасывали в канализацию.

На первых порах  для гемодиализа использовали простую  водопроводную воду, потом из-за ее загрязненности, в частности микроорганизмами, пробовали применять дистиллированную воду, но это оказалось очень дорогим  и малопроизводительным делом. Радикально вопрос был решен после создания специальных систем по подготовке водопроводной  воды, куда входят фильтры для ее очистки от механических загрязнений, железа и его окислов, кремния  и других элементов, ионообменные смолы  для устранения жесткости воды и  установки так называемого «обратного»  осмоса.

Много усилий было затрачено на совершенствование  мониторных систем аппаратов «искусственная почка». Так, кроме постоянного слежения за температурой диализата, стали постоянно  наблюдать с помощью специальных  датчиков и за химическим составом диализата, ориентируясь на общую электропроводность диализата, которая меняется при  снижении концентрации солей и повышается при увеличении таковой. После этого  в аппаратах «искусственная почка» стали применять ионо-селективные проточные датчики, которые постоянно следили бы за ионной концентрацией. Компьютер же позволил управлять процессом, вводя из дополнительных емкостей недостающие элементы, или менять их соотношение, используя принцип обратной связи.