|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Штучні органи людини. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Сучасна медична техніка дозволяє замінювати повністю чи частково хворі органи людини. Електронний водій ритму серця, підсилювач звуку для людей, які страждають на глухоту, кришталик зі спеціальної пластмаси - ось тільки деякі приклади використання техніки в медицині. Все більшого поширення набувають також біопротези, які рухаються мініатюрними блоками живлення, які реагують на біоструми в організмі людини.
Під час найскладніших операцій, що проводяться на серці, легенях або нирках, неоціненну допомогу медикам надають "Апарат штучного кровообігу", "Штучне легке", "Штучне серце", "Штучна нирка", які приймають на себе функції органів, що оперуються, дозволяють на час призупинити. їхню роботу. "Штучне легке" є пульсуючим насосом, який подає повітря порціями з частотою 40-50 разів на хвилину. Звичайний поршень для цього не підходить: в струм повітря можуть потрапити частинки матеріалу його частин, що труться або ущільнювача. Тут і в інших подібних пристроях використовують хутра з гофрованого металу або пластику – сильфони. Очищене та доведене до необхідної температури повітря подається безпосередньо в бронхи. "Апарат штучного кровообігу" влаштований аналогічно. Його шланги підключаються до кровоносних судин хірургічним шляхом. Перша спроба заміщення функції серця механічним аналогом було зроблено ще 1812 року. Однак досі серед безлічі виготовлених апаратів немає цілком задовольняючого лікарів. Вітчизняні вчені та конструктори розробили низку моделей під загальною назвою "Пошук". Це чотирикамерний протез серця із шлуночками мішчастого типу, призначений для імплантації в ортотопічну позицію. У моделі розрізняють ліву та праву половини, кожна з яких складається зі штучного шлуночка та штучного передсердя. Складовими елементами штучного шлуночка є: корпус, робоча камера, вхідний та вихідний клапани. Корпус шлуночка виготовляється із силіконової гуми методом нашарування. Матриця занурюється в рідкий полімер, виймається і висушується - і так щоразу, поки на поверхні матриці не створюється багатошарова плоть серця. Робоча камера формою аналогічна корпусу. Її виготовляли із латексної гуми, а потім із силікону. Конструктивною особливістю робочої камери є різна товщина стінок, у яких розрізняють активні та пасивні ділянки. Конструкція розрахована таким чином, що навіть при повній напрузі активних ділянок протилежні стінки робочої поверхні камери не стикаються між собою, чим усувається травма формених елементів крові. Російський конструктор Олександр Дробишев, незважаючи на всі труднощі, продовжує створювати нові сучасні конструкції "Пошуку", які будуть значно дешевшими за зарубіжні зразки. Одна з найкращих на сьогодні закордонних систем "Штучне серце" "Новакор" коштує 400 тисяч доларів. З нею можна цілий рік вдома чекати на операції. У кейсі-валізі "Новакора" знаходяться два пластмасові шлуночки. На окремому візку - зовнішній сервіс: комп'ютер управління, монітор контролю, що залишається в клініці на очах лікарів. Будинки з хворим - блок живлення, акумуляторні батареї, які змінюються та заряджаються від мережі. Завдання хворого – стежити за зеленим індикатором ламп, що показують заряд акумуляторів. Апарати "Штучна нирка" працюють вже досить давно та успішно застосовуються медиками. Ще в 1837 році, вивчаючи процеси руху розчинів через напівпроникні мембрани, Т. Грехен вперше застосував і ввів у вживання термін "діаліз" (від грецького dialisis - відділення). Але лише 1912 року з урахуванням цього у США було сконструйовано апарат, з допомогою якого його автори проводили експериментально видалення саліцилатів із крові тварин. В апараті, названому ними "штучна нирка", як напівпроникна мембрана були використані трубочки з колодію, по яких текла кров тварини, а зовні вони омивали ізотонічним розчином хлориду натрію. Втім, колодій, застосований Дж. Абелем, виявився досить крихким матеріалом і надалі інші автори для діалізу пробували інші матеріали, такі як кишечник птахів, плавальний бульбашок риб, очеревину телят, очерет, папір. Для запобігання згортанню крові використовували гірудин - поліпептид, що міститься в секреті слинних залоз медичної п'явки. Ці два відкриття і з'явилися прототипом всіх подальших розробок в області очищення нирки. Якими б не були удосконалення в цій галузі, принцип поки що залишається одним і тим самим. У будь-якому варіанті "штучна нирка" включає наступні елементи: напівпроникна мембрана, з одного боку якої тече кров, а з іншого боку - сольовий розчин. Для запобігання згортанню крові використовують антикоагулянти - лікарські речовини, що зменшують згортання крові. У цьому випадку відбувається вирівнювання концентрацій низькомолекулярних сполук іонів, сечовини, креатиніну, глюкози та інших речовин з малою молекулярною масою. При збільшенні пористості мембрани виникає переміщення речовин із більшою молекулярною масою. Якщо ж до цього процесу додати надлишковий гідростатичний тиск з боку крові або негативний тиск з боку розчину, що омиває, то процес перенесення буде супроводжуватися і переміщенням води - конвекційний масообмін. Для перенесення води можна скористатися осмотичним тиском, додаючи в діалізат осмотично активні речовини. Найчастіше з цією метою використовували глюкозу, рідше фруктозу та інші цукри та ще рідше продукти іншого хімічного походження. При цьому, вводячи глюкозу у великих кількостях, можна отримати дійсно виражений дегідратаційний ефект, проте підвищення концентрації глюкози в діалізі вище деяких значень не рекомендується через можливість розвитку ускладнень. Нарешті, можна взагалі відмовитися від розчину (діалізату), що омиває мембрану, і отримати вихід через мембрану рідкої частини крові: вода і речовини з молекулярною масою широкого діапазону. У 1925 році Дж. Хаас провів перший діаліз у людини, а в 1928 він використовував гепарин, оскільки тривале застосування гірудину було пов'язане з токсичними ефектами, та й сам його вплив на згортання крові було нестабільним. Вперше гепарин був застосований для діалізу в 1926 році в експерименті Х. Нехельсом і Р. Лімом. Оскільки перелічені вище матеріали виявлялися малопридатними як основа для створення напівпроникних мембран, продовжувався пошук інших матеріалів, і в 1938 році вперше для гемодіалізу був застосований целофан, який у наступні роки тривалий час залишався основною сировиною для виробництва напівпроникних мембран. Перший апарат "штучна нирка", придатний для широкого клінічного застосування, був створений в 1943 році В. Колффом і Х. Берком. Потім ці апарати удосконалились. При цьому розвиток технічної думки в цій галузі спочатку стосувався переважно саме модифікації діалізаторів і лише в останні роки стало зачіпати значною мірою власне апарати. В результаті з'явилися два основні типи діалізатора, так званих котушкових, де використовували трубки з целофану, і плоскопаралельних, в яких застосовувалися плоскі мембрани. У 1960 році Ф. Кіїл сконструював дуже вдалий варіант плоскопаралельного діалізатора з пластинами з поліпропілену, і протягом ряду років цей тип діалізатора та його модифікації поширилися по всьому світу, посівши чільне місце серед інших видів діалізаторів. Потім процес створення більш ефективних гемодіалізаторів і спрощення техніки гемодіалізу розвивався у двох основних напрямках: конструювання самого діалізатора, причому домінуюче положення з часом зайняли діалізатори одноразового застосування, і використання напівпроникної мембрани нових матеріалів. Діалізатор - серце "штучної нирки", і тому основні зусилля хіміків та інженерів були завжди спрямовані на вдосконалення саме цієї ланки у складній системі апарату загалом. Однак технічна думка не залишала поза увагою і апарат як такий. У 1960-х роках виникла ідея застосування про центральних систем, тобто апаратів "штучна нирка", в яких діалізат готували з концентрату - суміші солей, концентрація яких у 30-34 рази перевищувала концентрацію їх у крові хворого. Комбінація діалізу "на злив" та техніки рециркуляції була використана в ряді апаратів "штучна нирка", наприклад, американською фірмою "Travenol". У цьому випадку близько 8 літрів діалізату з великою швидкістю циркулювало в окремій ємності, в яку був поміщений діалізатор і яку кожну хвилину додавали по 250 мілілітрів свіжого розчину і стільки ж викидали в каналізацію. Спочатку для гемодіалізу використовували просту водопровідну воду, потім через її забрудненість, зокрема мікроорганізмами, пробували застосовувати дистильовану воду, але це виявилося дуже дорогою і малопродуктивною справою. Радикально питання було вирішено після створення спеціальних систем підготовки водопровідної води, куди входять фільтри для її очищення від механічних забруднень, заліза та його оксидів, кремнію та інших елементів, іонообмінні смоли для усунення жорсткості води та встановлення так званого "зворотного" осмосу. Багато зусиль було витрачено на вдосконалення моніторних систем апаратів "штучна нирка". Так, крім постійного стеження за температурою діалізату, стали постійно спостерігати за допомогою спеціальних датчиків та за хімічним складом діалізату, орієнтуючись на загальну електропровідність діалізату, яка змінюється при зниженні концентрації солей та підвищується при збільшенні такої. Після цього в апаратах "штучна нирка" стали застосовувати іоно-селективні проточні датчики, які постійно стежили б за іонною концентрацією. Комп'ютер же дозволив керувати процесом, вводячи з додаткових ємностей елементи, що бракують, або змінювати їх співвідношення, використовуючи принцип зворотного зв'язку. Величина ультрафільтрації в ході діалізу залежить не тільки від якості мембрани, у всіх випадках вирішальним фактором є трансмембранний тиск, тому в моніторах стали широко застосовувати датчики тиску: ступінь розрідження діалізу, величина тиску на вході і виході діалізатора. Сучасна техніка, що використовує комп'ютери, дозволяє програмувати ультрафільтрацію. Виходячи з діалізатора, кров потрапляє у вену хворого через повітряну пастку, що дозволяє судити на око про приблизну величину кровотоку, схильність крові до згортання. Для попередження повітряної емболії ці пастки постачають повітропроводами, за допомогою яких регулюють у них рівень крові. В даний час у багатьох апаратах на повітряні пастки надягають ультразвукові або фотоелектричні детектори, які автоматично перекривають венозну магістраль при падінні в пастці рівня крові нижче заданого. Нещодавно вчені створили прилади, які допомагають людям, які втратили зір, - повністю або частково. Диво-окуляри, наприклад, розроблені у науково-впроваджувальній виробничій фірмі "Реабілітація" на основі технологій, які використовувалися раніше лише у військовій справі. Подібно до нічного прицілу, прилад діє за принципом інфрачервоної локації. Чорно-матове скло окулярів насправді є пластинами з оргскла, між якими укладено мініатюрний локаційний пристрій. Весь локатор разом із очковою оправою важить близько 50 грамів – приблизно стільки ж, скільки й звичайні окуляри. І підбирають їх, як і окуляри для зрячих, суворо індивідуально, щоб було зручно і красиво. "Лінзи" не лише виконують свої прямі функції, а й прикривають дефекти очей. З двох десятків варіантів кожен може вибрати для себе найбільш вдалий. Користуватися окулярами зовсім не важко: треба надіти їх та включити харчування. Джерелом енергії для них є плоский акумулятор розмірами з пачку сигарет. Тут же, у блоці, міститься і генератор. Випромінені їм сигнали, натрапивши на перешкоду, повертаються назад і вловлюються "лінзами-приймачами". Прийняті імпульси посилюються, порівнюються з пороговим сигналом, і, якщо є перешкода, звучить зумер - тим голосніше, чим ближче підійшла до неї людина. Дальність дії приладу можна регулювати за допомогою одного з двох діапазонів. Роботи зі створення електронної сітківки успішно ведуться американськими фахівцями НАСА та Головного центру при університеті Джона Гопкінса. Спочатку вони постаралися допомогти людям, у яких ще збереглися деякі залишки зору. "Для них створені телеочки, - пишуть у журналі "Юний технік" С. Григор'єв і Є. Рогов, - де замість лінз встановлені мініатюрні телеекрани. Так само мініатюрні відеокамери, розташовані на оправі, пересилають у зображення все, що потрапляє в поле зору звичайного людину Однак для слабозорого картина ще й дешифрується за допомогою вбудованого комп'ютера.Такий прилад особливих чудес не створює і сліпих зрячими не робить, вважають фахівці, але дозволить максимально використати зорові здібності, що ще залишилися в людини, полегшить орієнтацію. Наприклад, якщо в людини залишилася хоча б частина сітківки, комп'ютер "розщепить" зображення таким чином, щоб людина могла бачити навколишнє хоча б за допомогою периферійних ділянок, що збереглися. За оцінками розробників, подібні системи допоможуть приблизно 2,5 мільйонів людей, які страждають на дефекти зору. Ну а як бути з тими, у кого сітківка майже повністю втрачена? Для них вчені центру очей, що працює при університеті Дюка (штат Північна Кароліна), освоюють операції з вживлення електронної сітківки. Під шкіру імплантуються спеціальні електроди, які, будучи з'єднані з нервами, передають зображення мозок. Сліпий бачить картину, що складається з окремих точок, що світяться, дуже схожу на демонстраційне табло, що встановлюють на стадіонах, вокзалах і в аеропортах. Зображення на "табло" знову-таки створюють мініатюрні телекамери, укріплені на очковій оправі. І, нарешті, останнє слово науки на сьогоднішній день – спроба методами сучасної мікротехнології створити нові чутливі центри на ушкодженій сітківці. Такими операціями займаються зараз у Північній Кароліні професор Рост Пропет та його колеги. Спільно із фахівцями НАСА вони створили перші зразки субелектронної сітківки, яка безпосередньо імплантується у око. "Наші пацієнти, звичайно, ніколи не зможуть милуватися полотнами Рембрандта, - коментує професор. - Однак розрізняти, де двері, а де вікно, дорожні знаки та вивіски вони таки будуть..." Автор: Муський С.А.
▪ Бакеліт
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Суперконденсатор у 5 разів тонший за аркуш паперу. ▪ Комп'ютерний зір для електросамокату
▪ розділ сайту Радіоелектроніка та електротехніка. Добірка статей ▪ стаття Відокремлювати кукіль від пшениці. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке гадюка? Детальна відповідь ▪ стаття Газовий паяльник-телескоп. Домашня майстерня ▪ стаття Сургучі. Прості рецепти та поради ▪ стаття Морозний візерунок на желатиновий холодець. Хімічний досвід
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page