Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Искусственные органы. 6

Карагандинский Государственный Медицинский Университет

Кафедра медицинской биофизики и информатики

СРО

Тема : Искусственные органы.

Выполнила : Кан Лилия 142 ОМ

Проверил : Коршуков И.В.

Караганда 2012

Содержание :

Введение.
Искусственные легкие (оксигенаторы).
Искусственная почка (гемодиализ).
Искусственное сердце.
Кардиостимуляторы.
Биологические протезы. Искусственные суставы.
Заключение.

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 занимает 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 по всему миру 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 выполняют функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу.

Искусственные легкие (оксигенаторы).

Оксигенатором называют газообменное одноразовое устройство, которое предназначается для удаления из крови углекислоты и насыщения ее кислородом. Оксигенатор используют при проведении кардиохирургических операций, или же с целью улучшить в организме больного кровообращение, если больной страдает от заболеваний легких или сердца, содержание кислорода в крови при которых сильно понижается.

Недостатками прямоточных пузырьковых оксигенаторов являются сильный поток кислорода и связанный с этим гемолиз, а также вспенивание и последующий переход в жидкое состояние всего объема крови, проходящего через оксигенатор. Кислород, поступающий в кровь из нижней части пузырькового оксигенатора противоточного типа, создает пенный столб (экран), навстречу которому из верхней части оксигенатора стекает венозная кровь. Этот принцип более экономичен и эффективен. Расход кислорода и количество крови существенно меньше, чем в прямоточных оксигенаторах. Из-за вспенивания небольшой части притекающей венозной крови меньше травмируются форменные элементы крови. Недостатком указанных оксигенаторов является сложность управления, обусловленная необходимостью постоянного наличия пенного столба. Оксигенаторами указанного типа снабжены различные модификации отечественных АИК.

Пленочные оксигенаторы.

Как свидетельствует название этих устройств, оксигенация происходит при контакте пленки крови, образовавшейся на какой-либо твердой поверхности, с кислородом. Различают стационарные и ротационные пленочные оксигенаторы. В стационарных оксигенаторах кровь стекает по неподвижным экранам, которые находятся в атмосфере кислорода. Примером служит оксигенатор Гиббона, с помощью которого была проведена первая успешная операция на сердце с искусственным кровообращением.Главными недостатками экранных оксигенаторов являются их дороговизна, плохая управляемость, громоздкость конструкции и необходимость большого количества донорской крови. Более эффективны ротационные оксигенаторы. К ним относятся популярные в прошлом дисковый оксигенатор Кея — Кросса и цилиндровый оксигенатор Крафорда — Сеннинга. Пленка крови, образующаяся на поверхности вращающихся дисков или цилиндров, контактирует с кислородом, подаваемым в оксигенатор. Производительность ротационных оксигенаторов в отличие от экранных может быть увеличена за счет повышения скорости вращения дисков (цилиндров). Рассмотренные пленочные и пузырьковые оксигенаторы многоразового пользования имеют исторический интерес. На смену им пришли оксигенаторы одноразового пользования в комплекте с теплообменником, артериальным и венозным резервуарами, специальной «антифомной» (силикон) секцией внутри оксигенатора, газовыми и жидкостными фильтрами, набором канюль и катетеров. Наибольшей популярностью пользуются оксигенаторы фирм «Bentley» (США), «Harvey» (США), «Shiley» (США), «Polystan» (Дания), «Gambro» (Швеция) и др. Эти оксигенаторы полностью удовлетворяют запросы современной кардиохирургии и кардиоанестезиологии. Но если необходима длительная (более 4 ч) искусственная оксигенация крови, то вредное действие прямого контакта крови с кислородом и углекислым газом становится небезразличным для организма. Антифизиологичность этого феномена проявляется изменением электрокинетических сил, нарушением нормальной конфигурации молекул белков и их денатурацией, агрегацией тромбоцитов, выбросом кининов и т.д. Во избежание этого при длительных перфузиях более целесообразно пользоваться мембранными оксигенаторами.

Искусственная почка (гемодиализ).

Почки — жизненно важный орган, без которого человек не может жить.
Резкое нарушение функций почек у человека в короткое время может привести к смерти. Потому что организм больного теряет способность очищаться естественным путем. Токсины и прочие вредные вещества не удаляются, а накапливаются в организме, что грозит общим отравлением, в организме происходят необратимые изменения и спасти больного уже нельзя.

Гемодиализ - это механическое очищение крови от отходов, солей и жидкостей, необходимое пациентам, почки которых недостаточно здоровы для выполнения этой работы.

Гемодиализ проводят с помощью аппарата искусственной почки. В основе его работы лежат принципы диализа, позволяющего удалить из плазмы крови вещества с небольшой молекулярной массой (электролиты, мочевину, креатинин, мочевую кислоту и др.), и частично ультрафильтрации, с помощью которой выводятся избыток воды и токсические вещества с более высокой молекулярной массой.

Среди многих моделей аппаратов искусственной почки выделяют два основных типа: аппараты с целлофановой мембраной, имеющей форму трубки диаметром 25—35 мм, и аппараты с пластинчатой целлофановой мембраной.

Наиболее широко за рубежом применяют двухкатушечную искусственную почку Колффа—Уочингера. Преимуществом этой модели является то, что катушки с намотанными целлофановыми шлангами поступают с завода в стерильном состоянии и при надобности могут быть немедленно использованы. Простота установки и обращения, значительная диализирующая поверхность создали большую популярность этой модели. Недостатки аппарата — большая емкость по крови и значительное сопротивление току крови из-за тугой обмотки двух диализирующих шлангов.Поэтому на входе в диализатор устанавливается насос.

Советская модель искусственной почки относится к типу диализаторов с пластинчатой целлофановой мембраной.
Большой клинический опыт советских и зарубежных клиницистов показывает высокую эффективность гемодиализа в лечении больных почечной недостаточностью.

Присоединяют аппарат к больному вено-венозным или артериовенозным способом. При необходимости многократного применения Г. пациенту имплантируют наружный артериовенозный шунт или накладывают подкожное соустье между артерией и веной. С помощью монитора осуществляют контроль и регуляцию химического состава, рН, давления и температуры диализирующего раствора, скорости его прохождения, давления крови в аппарате и др. Длительность гемодиализа 5—6 ч.

Схема советской модели искусственной почки:

1 — катетер; 2 — насос по крови; 3 — диализатор; 4 — измеритель производительности; 5 — воздухоуловитель; 6 — фильтр; 7 — катетер возврата крови больному; 8 — нагреватель; 9 — насос по диализирующей жидкости; 10 — бак для диализирующего раствора; 11 — ротаметр по кислороду; 12 — ротаметр по углекислоте; 13 — гидропривод перфузионного насоса.

Кровь от больного поступает по катетеру (1) при помощи насоса (2) в диализатор (3). Проходя между целлофановыми пластинками последнего (по каждой из его 11 секций), кровь больного через целлофановую пластинку соприкасается с протекающим навстречу диализирующим раствором. Состав его обычно стандартный и содержит все основные ионы крови (К·, Na·, Са··, Mg·, Cl·, НСO₃) и глюкозу в концентрациях, необходимых для коррекции электролитного состава крови больного. После диализатора кровь поступает в измеритель производительности (4), где улавливаются сгустки крови и воздух. Дальше кровь по катетеру возвращается в венозную систему больного. Диализирующий раствор при помощи автоматического нагревателя (8) доводят до t° 38° и насыщают карбогеном с таким расчетом, чтобы рН его составляла 7,4. При помощи насоса (9) диализирующий раствор подается в диализатор. Скорость кровотока в диализаторе обычно равна 250—300 мл/мин.

Применение искусственной почки по строгим показаниям с выполнением всех мер предосторожности и при тщательном наблюдении за больным во время диализа и после него практически безопасно и не грозит какими-либо осложнениями.

Искусственное сердце.

Искусственное сердце — технологическое устройство, предназначенное для поддержания достаточных для жизнедеятельности параметров гемодинамики.

На данный момент под искусственным сердцем понимается две группы технических устройств.

К первой относятся гемооксигенаторы, по-другому аппараты искусственного кровообращения. Они состоят из артериального насоса, перекачивающего кровь, и блока оксигенатора, который насыщает кровь кислородом. Данное оборудование активно используется в кардиохирургии, при проведении операций на сердце.
Ко второй относятся кардиопротезы, технические устройства, имплантируемые в организм человека, призванные заменить сердечную мышцу и повысить качество жизни больного. В настоящее время данные устройства являются лишь экспериментальными и проходят клинические испытания.

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.

Одна из лучших на сегодня зарубежных систем «Искусственное сердце» это «Новакор». С ней можно целый год 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.

Кардиостимуляторы.

Кардиостимулятор - медицинский прибор, предназначенный для воздействия на ритм сердца. Основной задачей кардиостимулятора (водителя ритма) является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьётся недостаточно часто, или имеется электрофизиологическое разобщение между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада).

Показания к применению :

Аритмия сердца
Синдром слабости синусового узла
Атриовентрикулярная блокада

Кардиостимулятор представляет собой прибор в герметичном металлическом корпусе небольшого размера. В корпусе располагается батарея и микропроцессорный блок. Все современные стимуляторы воспринимают собственную электрическую активность (ритм) сердца, и если возникает пауза, либо иное нарушение ритма/проводимости в течение определенного времени, прибор начинает генерировать импульсы для стимуляции миокарда. В противном случае — при наличии адекватного собственного ритма — кардиостимулятор импульсы не генерирует. Эта функция называется «по требованию» или «on demand».

Энергия импульсов измеряется в джоулях, но на практике применяется шкала напряжения (в вольтах) для имплантируемых кардиостимуляторов и шкалы напряжения (в вольтах) или тока (в амперах) для наружных стимуляторов.

Современные электрокардиостимуляторы могут накапливать и сохранять данные о работе сердца. В последующем, врач, с помощью специального компьютерного аппарата — программатора, может считать эти данные и проанализировать ритм сердца, его нарушения. Это помогает назначить адекватное медикаментозное лечение и подобрать адекватные параметры стимуляции. Проверка работы имплантированного кардиостимулятора с программатором должна производиться не реже 1 раза в 6 месяцев, иногда и чаще.

Куда и как устанавливается прибор?

Кардиостимулятор обычно имплантируется под местной анестезией. Он устанавливается под ключицей, а выходящие из него провода помещаются в сердце. Эта процедура обычно занимает 30–60 минут.

Электрод вводится в вену на плече или у основания шеи. Кардиолог вводит провод в нужную камеру сердца, проверяет его положение на экране рентгеновского аппарата и закрепляет провод стежком на плече. Затем провод подключается к кардиостимулятору, который помещается в небольшой «карман», пространство между кожей и грудной мышцей. Затем врачи проверяют, сколько энергии нужно для стимуляции сердечного сокращения, и регулируют кардиостимулятор.

Существуют два типа кардиостимулятора:

Однокамерный кардиостимулятор - это приборы, которые воспринимают и стимулируют одну камеру сердца (предсердие или желудочек). Если электрод стоит и стимулирует желудочек, то предсердия сокращаются независимо. Это плохо тем, что иногда сокращения предсердий и желудочков могут совпадать, тогда кровь из предсердий пойдет не в желудочек, как ей положено, а обратно в вены. Это приведет к одышке, слабости.

Двухкамерный кардиостимулятор - воспринимают и стимулируют две камеры сердца (предсердие и желудочек). Координирует сердечные сокращения так, чтобы желудочки сокращались после предсердий, как и положено здоровому сердцу.

Кроме описанных выше вариантов, существуют и трехкамерные кардиостимуляторы для лечения сердечной недостаточности и имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы для лечения самых опасных аритмий - желудочковой тахикардии и фибрилляции желудочков и для профилактики внезапной сердечной смерти.

Биологические протезы. Искусственные суставы.

Биологический протез - орган, выращенный из живых клеток для замены больного или поврежденного органа. Чтобы обеспечить иммунную совместимость, желательно выращивать новый орган из клеток того тела, в котором ему предстоит работать.

Здесь возможны три варианта:

Выращивание (регенерация) нового органа прямо в теле больного рядом со старым органом с последующим хирургическим удалением старого органа. Этот вариант не всегда удобен, поскольку внутри человеческого тела очень мало свободного места; возможно также постепенное выращивание нового органа, когда новый орган плавно, по мере своего роста замещает старый, который клетка за клеткой удаляется микророботами или киборг-бактериями.
Использование "запчастей" из организма-клона, представляющего из себя точную генетическую копию больного, за тем исключением, что у клона, благодаря стараниям генных инженеров, от рождения отсутствует головной мозг. Такие клоны не обладают сознанием, и потому их можно спокойно разбирать на "запчасти".
Выращивание органа вне живого организма, внутри специальной машины.

Искусственные суставы.

Протезированию подлежат практически любые суставы, но чаще всего тазобедренный, коленный и плечевой суставы.

Чаще всего к утрате функций сустава приводит остеоартроз (деформирующий артроз) сустава, суставной перелом, врожденное недоразвитие (дисплазия) сустава, неправильно сросшиеся переломы, нарушение кровоснабжения сустава.
Впервые попытку проведения замены пораженной головки бедренной кости протезом предпринял в 1891 году немецкий хирург Глюк. В качестве материала протеза в то время он использовал слоновую кость.
Современные протезы технологически развились, для их производства используют сложные сплавы и износостойкие пластмассы. Устройство протеза практически полностью повторяет строение настоящего – живого сустава. Благодаря современным технологиям, эти протезы стали более долговечными и прочными, что позволило применять эту процедуру и у больных молодого возраста, ведущих активный образ жизни. Однако, таким активным больным все же приходится заменять изношенные протезы каждые 15 – 20 лет.

Заключение.

Все эти устройства можно рассматривать как временную меру, пока пациент ждет орган для пересадки. Все они далеки от совершенства и доставляют больному массу неудобств.

Идеальный искусственный орган должен соответствовать следующим параметрам:

его можно имплантировать в организм человека;
он не имеет сообщения с окружающей средой;
изготовлен из легкого, прочного, обладающего высокой биологической совместимостью материала; долговечный, выдерживающий большие нагрузки;
полностью моделирует функции естественного аналога.

Но на данном этапе мы должны довольствоваться тем, что имеем, и пытаться усовершенствовать имеющиеся искусственные органы. Все эти недостатки, острая необходимость в усовершенствовании дают стимул для развития физики, нано-технологий

В начале XXI века возникли предпосылки появления принципиально новых подходов к восстановлению функций жизненно важных органов, основанных на технологиях клеточной и тканевой хирургии.

Источники:

http://www.pharmaplanet.ru/stati/stat41.php

http://www.kazedu.kz/referat/112980 оксигенаторы

http://www.womenhealthnet.ru/nephrology/2499.html гемодиал

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/7914/%D0%93%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7

http://www.medical-enc.ru/15/artificial-kidney.shtml

http://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственное сердце

http://www.tiptoptech.net/organi.html

http://ru.wikipedia.org/wiki/Кардиостимулятор

http://www.heartfailurematters.org/RU/WhatCanYourDoctorDo/Pages/221.aspx

http://gb40.ru/art/kardiostimulyatory

http://technocosm.narod.ru/k2f/bioprosthesis.htm

http://citoinform.com/?a=2495&c=148