Эволюция искусственного сердца: от первых экспериментов до наших дней

История создания и эволюция искусственного сердца — это один из самых ярких примеров того, как медицинская наука и инженерная мысль объединяются для спасения человеческих жизней. Когда собственное сердце человека больше не может выполнять свою функцию из-за терминальной стадии сердечной недостаточности, а трансплантация донорского органа невозможна, именно механические устройства становятся последней надеждой. Этот путь был долгим и сложным: от первых смелых экспериментов, которые казались научной фантастикой, до современных высокотехнологичных систем, позволяющих пациентам не просто выживать, а возвращаться к полноценной жизни. Понимание этого пути помогает оценить масштаб достижений современной кардиохирургии.

Предпосылки создания: почему возникла потребность в механическом сердце

Основной причиной, подтолкнувшей ученых и врачей к поиску механической альтернативы сердцу, стала проблема терминальной хронической сердечной недостаточности (ХСН). Это состояние, при котором сердце настолько изношено или повреждено, что больше не способно эффективно перекачивать кровь для обеспечения потребностей организма. Несмотря на все достижения медикаментозной терапии, для многих пациентов единственным шансом на спасение оставалась трансплантация донорского сердца. Однако здесь возникло два непреодолимых барьера.

• Острый дефицит донорских органов. Количество людей, нуждающихся в пересадке сердца, всегда многократно превышало и превышает число доступных донорских органов. Пациенты умирали, так и не дождавшись своей очереди в листе ожидания.
• Противопоказания к трансплантации. Ряд сопутствующих заболеваний (например, тяжелые инфекции, некоторые виды рака, необратимая легочная гипертензия) делают операцию по пересадке слишком рискованной или невозможной.

Эти факторы создали острую клиническую потребность в устройстве, которое могло бы временно или постоянно взять на себя функцию насоса, поддерживая кровообращение. Так родилась идея искусственного сердца — аппарата, способного заменить или поддержать работу собственного сердца пациента, дав ему драгоценное время и шанс на жизнь.

Первые шаги и пионеры: от смелых идей к первым имплантациям

Путь к созданию рабочего прототипа был долгим и тернистым, отмеченным трудом выдающихся ученых по всему миру. Одним из первых, кто вплотную подошел к этой проблеме, был советский ученый Владимир Петрович Демихов. Еще в 1937 году он сконструировал и успешно вживил собаке первое в мире искусственное сердце, с которым животное прожило несколько часов. Его эксперименты доказали принципиальную возможность поддержания кровообращения с помощью механического насоса.

В США пионерами в этой области стали Уиллем Колфф и его команда. Именно они разработали модель, которая впоследствии легла в основу многих клинических устройств. Параллельно велись работы под руководством Майкла Дебейки, который в 1966 году впервые в мире успешно применил устройство вспомогательного кровообращения (УВК) в качестве «моста к выздоровлению», позволив сердцу пациента отдохнуть и восстановиться после операции.

Эти первые устройства были громоздкими, несовершенными и сопряжены с высоким риском осложнений, таких как тромбоз (образование сгустков крови) и инфекции. Внешние консоли управления были размером с холодильник, а пациенты были полностью привязаны к больничной койке. Тем не менее, эти эксперименты были бесценны. Они доказали, что механическая поддержка кровообращения возможна, и заложили фундамент для дальнейших, более успешных разработок.

Эпоха Jarvik-7 и прорыв в технологии тотального искусственного сердца

Настоящим прорывом, который привлек внимание всего мира, стала имплантация тотального искусственного сердца (ТИС) модели Jarvik-7. Тотальное искусственное сердце — это устройство, которое полностью заменяет собственные желудочки сердца, для чего их предварительно удаляют. В 1982 году хирург Уильям Девриз имплантировал Jarvik-7 стоматологу Барни Кларку, который страдал от тяжелейшей формы сердечной недостаточности. Пациент прожил с механическим сердцем 112 дней.

Модель Jarvik-7, разработанная под руководством Роберта Ярвика, представляла собой два насоса из полиуретана с пневматическим приводом. Воздух под давлением подавался от внешней громоздкой консоли через трубки, выведенные через брюшную стенку. Этот опыт продемонстрировал как огромный потенциал технологии, так и ее серьезные недостатки:

• Высокий риск тромбоэмболических осложнений (инсультов) из-за контакта крови с искусственными материалами.
• Риск инфекций в местах выхода приводных трубок из тела.
• Низкое качество жизни пациента, который был полностью зависим от стационарного оборудования.

Несмотря на все сложности, эра Jarvik-7 стала поворотной точкой. Она доказала, что долгосрочная поддержка жизни с помощью тотального искусственного сердца реальна, и дала мощный толчок для совершенствования материалов, конструкции и стратегий антикоагулянтной (противосвертывающей) терапии.

Смена парадигмы: от полной замены к устройствам вспомогательного кровообращения

Опыт использования первых моделей ТИС показал, что полная замена сердца — это крайне травматичная и рискованная процедура. Постепенно фокус исследований сместился в сторону менее инвазивных устройств, которые не заменяют, а поддерживают работу собственного сердца. Так началась эра устройств вспомогательного кровообращения (УВК), также известных как «сердечные насосы» или «искусственные желудочки сердца».

В отличие от тотального искусственного сердца, УВК имплантируется параллельно с нативным сердцем и помогает ему перекачивать кровь. Чаще всего используется насос, который забирает кровь из левого желудочка (самой мощной камеры сердца) и направляет ее в аорту. Это снижает нагрузку на ослабленную сердечную мышцу, давая ей возможность восстановиться или позволяя пациенту безопасно дождаться трансплантации.

Современные устройства вспомогательного кровообращения — это миниатюрные, высокотехнологичные турбинные насосы. Они значительно меньше, надежнее и тише своих предшественников. Питание осуществляется от компактных внешних батарей, которые пациент носит на поясе или в сумке. Это позволило кардинально изменить качество жизни: пациенты могут выписываться из больницы, возвращаться домой, заниматься повседневными делами и даже путешествовать, ожидая донорского органа.

Ключевые этапы развития искусственного сердца: сравнительный обзор

Для наглядности всю историю развития механической поддержки кровообращения можно представить в виде таблицы, отражающей основные вехи и изменения в технологии.

Современные системы и качество жизни пациентов

Современные системы механической поддержки кровообращения достигли невероятного уровня развития. Новейшие модели УВК весят всего несколько сотен граммов и могут работать годами. Их ключевая особенность — создание непрерывного (непульсирующего) потока крови, что снижает травматизацию ее форменных элементов и риск тромбообразования. Усовершенствованные биосовместимые покрытия внутренних поверхностей насоса также минимизируют нежелательные реакции со стороны системы свертывания.

Благодаря этим достижениям изменилась сама цель применения таких устройств. Если раньше это был почти исключительно «мост к трансплантации», то сегодня все чаще УВК имплантируют в качестве «пожизненной терапии». Это вариант для пациентов, которым трансплантация противопоказана по возрасту или состоянию здоровья. Современное устройство вспомогательного кровообращения позволяет им прожить еще много лет, сохраняя приемлемое качество жизни, находясь дома, в кругу семьи.

Будущее технологии: на пороге создания полностью имплантируемого биоинженерного сердца

Несмотря на впечатляющий прогресс, у современных систем остается ряд нерешенных проблем, главная из которых — необходимость в кабеле, соединяющем внутренний насос с внешним источником питания и проходящем через кожу. Этот кабель является постоянным фактором риска развития инфекций.

Поэтому основные усилия инженеров и ученых сегодня направлены на создание полностью имплантируемых систем. Ключевая технология здесь — транскутанная (чрескожная) передача энергии, которая позволит заряжать внутренние батареи без проводов, по принципу беспроводной зарядки смартфона. Это станет настоящей революцией, так как полностью устранит риск инфекций, связанных с кабелем.

Другое перспективное направление — это биоинженерные технологии и тканевая инженерия. Ведутся исследования по созданию каркасов сердца из биосовместимых материалов, которые затем засеваются собственными клетками пациента. В далекой перспективе это может привести к созданию полноценного биоискусственного органа, который организм не будет отторгать и который сможет расти и адаптироваться вместе с пациентом. Эволюция искусственного сердца продолжается, и каждый новый шаг приближает нас к дню, когда терминальная сердечная недостаточность перестанет быть смертельным приговором.

Список литературы

1. Бокерия Л. А., Гудкова Р. Г. Сердечно-сосудистая хирургия — 2018. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. — М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева, 2019. — 252 с.
2. Шумаков В. И. Искусственное сердце. — М.: Знание, 1989. — 64 с.
3. Клинические рекомендации. Хроническая сердечная недостаточность. — М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2020.
4. Braunwald's Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine / D. P. Zipes, P. Libby, R. O. Bonow, D. L. Mann, G. F. Tomaselli, E. Braunwald. — 12th ed. — Elsevier, 2022. — 2040 p.
5. Kirklin/Barratt-Boyes Cardiac Surgery: Morphology, Diagnostic Criteria, Natural History, Techniques, Results, and Indications / N. T. Kouchoukos, E. H. Blackstone, F. L. Hanley, J. K. Kirklin. — 4th ed. — Elsevier, 2013. — 2248 p.
6. Ponikowski P., Voors A. A., Anker S. D., et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure // European Heart Journal. — 2016. — Vol. 37 (27). — P. 2129–2200.