Истории

А вместо сердца – пламенный мотор

Чем заменить живое сердце?

Все чаще в последнее время возвращаюсь мыслью к тяжелым потерям, которые понесли наши наука и медицина в «лихие 90-е». А теперь куда ни глянь – примеры новых, иногда еще довольно робких, а иногда вполне успешных шагов к восстановлению статус-кво: отечественные лазеры в медицине, отечественные роботы-хирурги, эндоскопические операции в отечественных клиниках.

Создание и внедрение искусственных желудочков сердца – ярчайший тому пример.

Искусственный желудочек сердца (желудочковое вспомогательное устройство, Ventricular Assist Device, VAD) – механическое устройство, частично или полностью заменяющее функции сердца при сердечной недостаточности.

LVAD, RVAD, BiVAD

Олег Поздняков с вдохновителем своей работы, заведующим отделом медицинского музееведения и исторической фактографии НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко профессором Сергеем Глянцевым на фоне собственноручно сделанного макета искусственного левого желудочка «Спутник»

Об этих исследованиях мы поговорили с Олегом Поздняковым – совсем молодым человеком, недавно окончившим Первый мед (Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова), но уже сделавшим на эту тему несколько научных работ. «В самом начале системы VAD придумывали для того, чтобы использовать в качестве краткосрочной поддержки для терапии в терминальных случаях. Искусственные желудочки могут быть левые и правые, LVAD и RVAD (Right VAD и Left VAD), – рассказывает Олег, – в зависимости от того, что́ насос обходит: левый или правый желудочек. Нагрузка на левый желудочек сердца намного больше, чем на правый, поэтому чаще выходит из строя левая половина сердца. Может быть и полный, так называемый бивентрикулярный обход – BiVAD, Biventricular Assist Device. А полноценное искусственное сердце используется, когда вообще не остается сердца пациента».

VAD механически разгружает желудочки сердца: LVAD выталкивает кровь, качает в аорту и далее по большому кругу кровообращения, RVAD направляет по малому кругу. Входная трубка (канюля) закрепляется в стенке левого или правого желудочка, выходную подшивают к аорте. Блок управления контролирует процесс и подает аварийный сигнал при низком заряде блока питания. У экстракорпорального VAD насос и источник питания расположены вне тела. У имплантируемого (интракорпорального) – внутри, насос подключен к батарее через отверстие в стенке брюшной полости. Это дает пациенту бо́льшую мобильность.

Есть пульсирующие (мембранные – пневматические и электрические) и непрерывно подающие кровь конструкции (роторные и центрифужные). Роторы могут вращаться в подшипниках (которые, как и пульсирующие VAD, довольно быстро выходят из строя из-за тромбоза) или в магнитном поле – по технологии магнитной левитации. «Появились и плоские, центрифужные VAD с лопастями. И роторы, и лопасти создают постоянный поток, но сейчас скорость вращения ротора можно циклично изменять, создавая пульсирующий поток для формирования нормального человеческого пульса», – говорит Олег.

Электродвигатель и пластиковый насос

Искусственный желудочек – частный случай искусственного сердца (Total Artificial Heart, TAH). Их путь неразрывен, любое усовершенствование применимо к обеим конструкциям. А история VAD началась именно с искусственного сердца. И именно у нас в стране.

В 1937 году один из основоположников советской трансплантологии Владимир Петрович Демихов, тогда еще студент-третьекурсник, собрал первое в мире искусственное сердце – приводимый в действие электродвигателем пластиковый насос – и пересадил его собаке. Собака жила два с половиной часа. Так в медицине началась новая эпоха.

Через 12 лет американские хирурги, два Уильяма – Сьюэл и Гленн – в Йельской школе медицины из детского конструктора Erector и резиновых деталей игрушек собрали первый искусственный желудочек, имплантированный собаке и проработавший больше часа.

Потом в американской медицине было несколько неудачных имплантаций как сердца, так и желудочков. Стали известными имена самого плодовитого в мире изобретателя искусственных органов Виллема Колффа, кардиоваскулярного хирурга Стенли Кроуфорда, кардиоторакального хирурга Дентона Кули, хирурга-исследователя Доминго Лиотты, великого Майкла Дебейки – у нас его знают как доктора, который совместно с академиком Ренатом Акчуриным провел операцию шунтирования Борису Ельцину.

«Первые аппараты представляли собой шкаф»

Один из первых искусственных желудочков (VAD)

«Я выделяю четыре периода общего развития этих систем, – объясняет Олег. – Первый назвал нулевым, с 1960-х по 1980-е: Лиотта, Дебейки, Дентон Кули. Они были энтузиастами, хирургами и конструкторами, но это единичные случаи». Тем не менее в 1964 году американская государственная организация «Национальные институты здравоохранения» запустила программу искусственного сердца, а в 1966 году Лиотта и Дебейки в Техасе впервые успешно имплантировали LVAD.

В том устройстве лишь часть вживлялась в организм, а управляющая система оставалась снаружи. «Первые аппараты представляли собой шкаф, – улыбается Поздняков. – Пациент мог встать с кровати и пройтись чуть-чуть по палате – насколько длина трубок позволяла».

Ясень и Кедр

Из истории искусственного левого желудочка

В 1966 году, наконец, возобновились разработки и в СССР – по инициативе и под руководством молодого хирурга Валерия Шумакова, сначала в Институте клинической и экспериментальной хирургии (ныне Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского), а с 1975 года – в НИИ трансплантологии и искусственных органов (НИИТиИО).

В результате убедительных успехов в 1974 году было заключено соглашение между СССР и США «О совместных исследованиях и разработке искусственного сердца». Тот же Дебейки неоднократно приезжал в СССР.

«Этому соглашению в отличие от многих других была уготована счастливая судьба, – писал академик Шумаков в альманахе «Эврика» за 1984 год. – Оно выполнялось на протяжении почти двух десятилетий, а в результате были созданы искусственное сердце и искусственные желудочки сердца, применявшиеся в клинической практике».

На одном из ведущих авиационных предприятий СССР, ОКБ Сухого, в середине 1980-х возникла группа по созданию «пневмогидравлического насоса, способного временно заместить сердце человека и поддержать его жизнедеятельность до момента, когда появится возможность установить донорское сердце взамен искусственного». НИИТиИО совместно с «Сухим» разработали искусственный левый желудочек «Ясень-22»; его клинические испытания прошли блестяще. У семи больных с тяжелой сердечной патологией насос продержался до девяти суток и спас им жизнь: функции сердца восстановились.

В Институте клинической и экспериментальной хирургии имплантировалась животным созданная в НИИТиИО модель искусственного желудочка «Кедр».

Лаборатория искусственного сердца была организована и в Специальном конструкторском бюро медицинской тематики (СКБ МТ). Разработанный там в 1985 году опытный образец искусственного сердца «Герц-02» в ранцевом исполнении в Институте трансплантации был испытан на теленке, который прожил две недели. Новая модель с внешним приводом «Поиск-10М» отработала 100 дней. Было сделано 17 трансплантаций «Поиска», но продолжительность работы искусственного сердца оказалась меньше 15 суток.

Искусственное сердце «Герц-02» в "ранце"

Искусственный желудочек vs искусственное сердце

«Эти операции выявили главное: применение искусственного сердца именно в случае ожидания трансплантации не оправдано из-за высокой травматичности, – говорит Олег. – Когда собственное изношенное сердце удаляется и ставится искусственное, неминуемо возникает воспаление. Из 17 оперированных тогда донорское сердце удалось пересадить лишь одному, но и у него после трех суток жизни с искусственным сердцем необратимо изменились ткани. Пациент не выжил. Поэтому такие сердца не применяются ни как полноценная замена, ни в качестве временной меры перед трансплантацией. Они оказались вытеснены конструкциями VAD».

Американцы продолжали разработки. А мы к этим задачам вернулись лишь в 1998 году. К счастью, опыт и кадры удалось сохранить.

В прошлом году по заказу Центра Шумакова во Владимирском университете был разработан искусственный желудочек, с этим имплантатом животные смогли прожить более двух недель. Сейчас там идут работы над прибором для детей, малых размеров и веса. Создание и апробация подобных систем начались в Центре трансплантологии, в НЦССХ им. А.Н. Бакулева и в Московском авиационном институте. Недавно новосибирские ученые из НИИ патологии кровообращения представили сердце с малым риском тромбообразования (что достигается благодаря дисковому насосу), а компания «Швабе» в лице своих российских предприятий – миниатюрный желудочек «Инвента» размером с пальчиковую батарейку.

Спутник сердца

Но клинические испытания в России прошло лишь одно отечественное устройство – искусственный желудочек АВК-Н (аппарат вспомогательного кровообращения) «Спутник». Разработали его лаборатория вспомогательного кровообращения Центра Шумакова и группа профессора Сергея Селищева в Московском институте электронной техники (МИЭТ); производителем стал Зеленоградский инновационно-технологический центр (ЗИТЦ). Отечественная программа создания «Спутника» стартовала в 2009 году, грант выделили Федеральное агентство по науке и инновациям и Российский научный фонд (РНФ). Сегодня устройство активно используется.

Главное, ради чего создавался «Спутник», – экономия. В мире счет имплантациям, с использованием устройств крупных западных производителей Thoratec, HeartWare, Jarvik Heart, Berlin Heart, идет на тысячи. В России же их на два порядка меньше – из-за цены, которая составляет 8–10 млн рублей.

Удалось решить основные проблемы: тромбообразования, гемолиза (разрушения лопастями насоса эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина), охлаждения насоса и т. д. Конструкция зеленоградского прибора сильно отличается от западных аналогов, функции те же, а цена – вдвое ниже.

В 2011 году прибор получил регистрационное удостоверение, через год его впервые имплантировали. Пациент прожил с системой девять месяцев, прежде чем ему пересадили донорское сердце, – и жив до сих пор. Затем «Спутник» установили еще десятку больных.

Минпромторг выделил новый грант, и к 2015 году зеленоградцы разработали более экономичные LVAD и BiVAD «Спутник», причем BiVAD стоит столько же, сколько первый «Спутник», а LVAD вдвое дешевле и к тому же меньше, что позволит применять его у детей. Устройства уже апробируются в Центре Шумакова и других клиниках. Деньги на закупку выделил Минздрав.

Специалисты оценивают российскую потребность в «Спутниках» в 2–4 тысячи штук в год и надеются на их включение в ОМС в двух вариантах: как «мост» к трансплантации сердца (bridge to transplantation – устройство используется временно, пока пациент ожидает донорского сердца) и как «мост» к выздоровлению (bridge to recovery – когда проводится терапия и разгруженное сердце восстанавливается).

«В лабораториях Центра Шумакова есть свой зоопарк, где живут телята, козочки, которые долго ходят с искусственными сердцами и желудочками. Там все сначала и испытывается. Врачи говорят, что ”Спутники” можно ставить на 10 лет, – рассказывает Олег Поздняков. – Конечно, молодому пациенту лучше делать трансплантацию сердца, он проживет лет 30–40, а может, и 50. Но пациенту, у которого при трансплантации сердца больше рисков умереть, через мини-доступ будет сделана имплантация желудочка, маленького, легкого, с магнитной левитацией, с отсутствием обширного гемолиза, обширного тромбоза».

И после терапии ему станет значительно легче, причем – с собственным сердцем.

А вместо сердца – пламенный мотор

Рекомендованные материалы

Лазер против инфаркта

Сердечный насос для самых маленьких

Искусственный интеллект: студент? конкурент? помощник?