2. Контрольные вопросы
Охарактеризуйте строение и свойства биологических мембран, их проницаемость.
Каковы механизмы транспорта веществ через биологические мембраны? Запишите уравнение Нернста.
Опишите строение и функции почки. Какие существуют виды почечной недостаточности?
Дайте понятие об основных методах внепочечного очищения крови. В чем суть методов гемофильтрации, гемосорбции, плазмафереза, гемодиализа, перитонеального диализа?
Опишите историю развития проектирования аппарата «Искусственная почка».
Каковы устройство и принцип действия аппарата «Искусственная почка»?
Сравните типы мембран, которые используют в современных аппаратах по очищению крови.
3. Проведите сравнительный анализ как минимум двух аппаратов отечественного производства и более трех аппаратов импортного производства. Приведите их технические характеристики, достоинства и недостатки, стоимость. Данные сведите в таблицу. По балльной шкале определите наиболее перспективный аппарат из одной и той же ценовой категории. Сделайте соответствующие выводы.
4. Исследуйте развитие разработок в области создания имплантируемой искусственной почки. Сделайте выводы.
5. Составьте структурную схему одного из аппаратов, рассматриваемых в пункте 2. Отметьте его основные функциональные узлы. Оцените степень сложности, надежность, помехозащищенность и др. характеристики этого аппарата с позиций характеристик сложных БТС. Сравните свою структурную схему с общим видом схемы биотехнического комплекса временного и длительного замещения функции живого организма, изученного на лекционных занятиях. Сделайте выводы по данному пункту.
6. Сделайте выводы по результатам всей работы. Лабораторная работа № 4 Искусственное сердце
Цель работы: Изучить строение и функционирование срдцае, рассмотреть основные институты, занимающиеся разработками в области создания аппаратов по перекачке крови, так и искусственного сердца в целом. Ознакомиться с аппаратом “искусственное сердце”, составить его структурную схему. Исследовать рынок по этим аппаратам и провести сравнительный анализ.
1. Теоретические сведения.
Наше сердце очень сложный орган, который работает круглые сутки, чтобы мы могли жить. Проблема создания и успешной пересадки искусственного сердца многие десятилетия волнует ученых всего мира.. Трансплантация донорского сердца является хорошим шансом для безнадежно больного человека, но она доступна немногим из-за нехватки донорских сердец. В истории создания искусственных устройств для применения в сердечно-сосудистой хирургии можно выделить несколько основных этапов.
Рис. 14. Аппарат "Искусственное сердце"
1950-е и 1960-е годы. В этот период была создана сердечно-легочная машина, протезные материалы для замены поврежденных артерий и вен и закрытия дефектов между камерами сердца, замещения клапанов. Начата имплантация водителей ритма, применена коронарная ангиография для диагностики и лечения патологии коронарных артерий. И, наконец, созданы интрааортальные баллонные насосы (intra-aortic balloon pump - IABP) . 1970-е и 1980-е годы. Они ознаменовалась широким применением IABP для временного поддержания сердечной деятельности, использованием циклоспоринов для подавления реакции отторжения, которые позволили осуществить трансплантацию донорских сердец. Произведена чрескожная коронарная ангиопластика (percutaneous transluminal coronary angioplasty - PTCA) для лечения заболеваний коронарных артерий с помощью баллонного катетера. Начаты клинические испытания наружных и имплантируемых "желудочковых" устройств (external and implantable ventricular assist devices ).
Некоторые важные вехи на пути развития технологии искусственного сердца приведены ниже: Разработанное докторами Willem Kolff и Tetsuzo Akutsu и изготовленное из поливинилхлорида сердце было имплантировано собаке в 1958 году и поддерживало ее жизнь на протяжении 90 минут. В 1965 году Доктор Willem Kolff с коллегами разработал и пересадил теленку искусственное сердце, изготовленное из силикона. Искусственное сердце, разработанное доктором Domingo Liotta, в 1969 году было впервые имплантировано человеку на промежуточном этапе перед трансплантацией донорского органа. Больной прожил почти три дня с искусственным сердцем и более 36 часов с пересаженным донорским. В 1982 году доктором William DeVries впервые произведена пересадка искусственного сердца человеку в качестве окончательного этапа терапии. Сердце Jarvik-7 было разработанно Willem Kolff, Donald Olsen и Robert Jarvik. В сентябре 2001 года в Jewish Hospital в Луисвилле (США) была произведена пересадка искусственного сердца AbioCor, созданного компанией Abiomed. На момент операции больному исполнилось 70 лет, и самое большее, на что он надеялся в то время, - это прожить еще хотя бы месяц после пересадки сердца. Совсем недавно компания Abiomed сообщила, что Tom Cristerson, которому была выполнена имплантация искусственного сердца, отметил первую годовщину со дня проведения операции. Мистер Cristerson является первым пациентом, который был выписан домой (16 апреля 2002 года) из клиники и прожил столь длительное время с искусственным сердцем.
Аппарат мешотчатого типа изготавливается из фторсиликонового каучука. Насосная функция осуществляется в результате изменения объема внутренней эластичной оболочки (рис. 15).
Рис. 15. Модель аппарата “Искусственное сердце” мешотчатого типа
Аппарат диафрагменного типа. Работа этой модели происхо-
дит в результате перемены положения диафрагмы под давлением на
ее поверхность газа или жидкости от привода (рисунок 16).
Рис. 16. Модель аппарата “Искусственное сердце” диафрагменного типа
Общие требования к конструкции аппарата “Искусственное сердце”:
1. Материалы должны выдерживать длительные циклические нагрузки.
2. Отсутствие тромбообразования.
3. Конструкция не должна содержать застойных зон, областей повышенных механических напряжений.
4. Конструкция должна иметь минимум циклически соприкасающихся поверхностей для снижения травмирования элементов крови.