Рис. 4. Шариковый сердечный клапан Старра-Эдвардса. Стрелками показано направление тока крови. Кровь, устремляющаяся в противоположном направлении, закрывает клапан

Еще два десятилетия назад корректирующая хирургия сердца казалась фантастикой. В 1883 г. знаменитый американский хирург Биллрот якобы говорил: "Пусть ни один из вас, если он надеется сохранить уважение своих коллег-врачей, не дерзнет оперировать на сердце человека". С тех пор проведены сотни тысяч операций на сердечных клапанах. Достаточно сказать, что только два хьюстонских врача, Дентон Кули и Майкл Ди Бейки, вживили в общей сложности 7500 бионических клапанов.

Первый искусственный сердечный клапан, разработанный Альбертом Старром, хирургом-кардиологом из Медицинской школы Университета штата Орегон в Портленде, и Лоуэллом Эдвардсом, конструктором космических ракет, состоял из трех частей: основания, чашки и шарика (рис. 4). Основание представляло собой небольшую сетку в виде корзинки, выполненную из титана. Эта корзиночка, закругленная с одной стороны и открытая с другой, напоминала по форме шляпу-котелок и была сплетена из трехжильной титановой проволоки. Внутри этого похожего на шляпу основания находился маленький шарик из тефлона. Отверстие корзинки делалось с таким расчетом, чтобы шарик мог свободно двигаться, но не проходил в него полностью. Соприкасаясь с покрытым дакроном краем титановой сеточки, шарик плотно прилегал к нему и функционировал точна так же, как природный клапан.

10 марта 1960 г. группа хирургов из Медицинской школы Гарвардского университета впервые произвела замену сердечного клапана клапаном Старра — Эдвардса. Удалив поврежденный клапан больного, они заменили его новым и закрепили на сердце дакроновыми швами. Работа бионического клапана не отличалась от работы настоящего. Когда сердце наполнялось кровью, клапан закрывал отверстие в основании сеточки. Когда же сердце сокращалось, давление в обратном направлении отбрасывало шарик к закругленному краю, и кровь свободно вытекала.

В наши дни эта операция стала более или менее привычной. Хафнагель разработал клапан другого типа, где вместо шарика используется пластиковый диск.

Одно из самых поразительных и далеко идущих открытий, относящихся к системе кровообращения и всему организму в целом, — это создание синтетической крови, в которой остро нуждается медицина, так как сегодня природную кровь не всегда удается получить по первому требованию. Между тем в тяжелых случаях требуется переливание очень больших количеств крови. Возникают трудности с кровью редких групп, которую невозможно раздобыть в нужных количествах, и, кроме того, всегда имеется вероятность, что какая-нибудь необнаруженная болезнь донора перейдет к больному вместе с кровью. Консервированная кровь хранится не более трех недель, и в больницах нередко приходится выливать кровь, которая потеряла годность.

В 1966 г. д-р Лиленд Кларк младший из Медицинского колледжа Университета штата Цинциннати сообщил о получении им искусственной крови на основе фторуглеродных эмульсий, тех самых которые используются при изготовлении аэрозолей. Фторуглероды химически инертны; в нормальных условиях они не вступают в реакцию с другими химическими веществами, а так как они не содержат белка, то не вызывают иммунной реакции в организме. К тому же они могут служить растворителем для любых веществ, никак не влияя на их свойства. В серии опытов на собаках, кошках и мышах Кларк произвел замену крови животных фторуглеродами и отметил, что искусственная кровь лучше удерживает молекулы кислорода, чем природная. Для того чтобы бионическая кровь более походила на настоящую, в нее можно ввести взятые из настоящей крови или синтезированные частицы (клетки), факторы свертывания крови и специфические белки.

Для больных, страдающих такими болезнями, как апластическая анемия или лейкоз, и нуждающихся в частых и обильных переливаниях крови, фторуглеродная кровь может оказаться незаменимой. По словам Кларка, "можно не опасаться гепатита или других инфекций, так как фторуглеродная кровь стерильна и к тому же не вызывает аллергических реакций". Кроме того, "хранить ее можно бесконечно долго, по крайней мере по сравнению с настоящей кровью, которая со временем теряет способность связывать кислород".

Бионическая эрекция

Инженеры-биомедики применили свою изобретательность и в тех областях, которые не относятся к продолжительности жизни в прямом смысле. Импотенция, например, будучи в большинстве случаев связанной с психосоматическими причинами, может проистекать и из органических дисфункций или повреждений.

Нормальная эрекция происходит, когда пещеристые тела (corpus cavernosum) — полости внутри полового члена — заполняются кровью. Сложная система клапанов в этих пещеристых телах позволяет крови проникнуть в полости, но препятствует ее оттоку. В результате член увеличивается в объеме за счет возрастающего давления крови внутри цилиндрических полостей. После того как эрекция достигнута, клапаны регулируют кровообращение таким образом, что она сохраняется на определенное время. Повреждение клапанов, полостей или уменьшение кровоснабжения этой области приводит к тому, что эрекция не возникает.

Уролог Брентли Скотт из Бэйлорского медицинского колледжа в Хьюстоне в сотрудничестве с неврологом Уильямом Брэдли и инженером-биомедиком Джеральдом Тиммом из клиники Университета штата Миннесота попытались разрешить эту проблему, сконструировав полностью вживляемое бионическое устройство, осуществляющее эрекцию. Это устройство, вживленное уже 46 мужчинам, работает вполне успешно. Как объясняет Брэдли, "это не просто подобие настоящей эрекции — это настоящая эрекцияз увеличение в объеме, расширение… Изумительный результат".

Устройство, сделанное из силиконовой резины(представляет собой два надувных цилиндрика, которые хирургическим путем помещаются внутрь пещеристых тел вдоль полового члена. К цилиндрикам подведен тоненький шланг, соединяющий их с не" большим шарообразным насосом, помещаемым в мошонку. Рядом с насосом находится резервуар со стерильной жидкостью. Эрекция достигается при сжатии насоса, который гонит жидкость из резервуара в цилиндрики внутри полового члена. Бионическая эрекция поддерживается давлением жидкости внутри цилиндров. Внутреннее давление сохраняется при помощи клапана до тех пор, пока не снимается легким повторным сжатием насоса. Устройство позволяет удерживать эрекцию неограниченное время, но при этом сохраняется полная чувствительность и нормальное извержение семени.

Возможно также, что с помощью бионики врачи смогут восстанавливать нормальные функции после вазэктомии. Эрих Брюшке и другие ученые из Института технологических исследований штата Иллинойс в Чикаго сумели использовать силиконовую резину для соединения разъединенных концов семявыводящих протоков и восстановили половую функцию у собак после вазэктомии. Через 26 месяцев после операции у собак происходило нормальное семяизвержение.

Можно было бы назвать еще несколько видов бионических заменителей и синтетических устройств, и этот список растет с каждым годом. Нескольким больным вставлена искусственная трахея из силастика. Шимпанзе произведено вживление межпозвоночных дисков из дакрона и силикона. Проведена успешная пересадка искусственной кожи у морских свинок. Существуют заменители черепных костей, искусственные челюсти и евстахиевы трубы, изготовленные из пластика и латексной резины гортани и даже сфинктер мочеиспускательного канала из силиконовой резины. Но, пожалуй, самым удивительным достижением бионики являются бионические устройства, заменяющие органы человека.