Биология и механика в одном кибернетическом сердце

Кардиокиборг: Этот рендер демонстрирует биологические клапаны в верхней части искусственного сердца, созданного компанией Carmat

В четырёх кардиохирургических центрах Европы и Среднего Востока скоро начнутся испытания новых искусственных сердец, в которых скомбинированы синтетические и биологические материалы, а также сенсоры и специализированное программное обеспечение. Если эти «биопротезы», созданные французской компанией «Carmat», покажут себя эффективными и безопасными, они могут отправиться к пациентам, ожидающим трансплантации сердца. На сегодняшний день только одно искусственное сердце, созданное американской компанией «Tuscon», получило разрешение для использования на пациентах в США, Канаде и Европе.

Попытки полностью заменить человеческое сердце искусственным начались около десяти лет назад. Это невероятно сложная задача – создать устройство, способное выдерживать жёсткие условия человеческой кровеносной системы и стабильно сокращаться 35 миллионов раз в год, как это делает настоящее сердце. Другие осложнения, вроде инсультов, вызванных тромбами в искусственных сердечных имплантатах, также накладывают свой отпечаток на имеющуюся проблему. В силу этих причин, искусственные сердца обычно служат в качестве временной меры, или «моста к трансплантации».

В устройстве компании Carmat, каждая из двух камер разделена мембраной, которая удерживает гидравлическую жидкость на одной её стороне. Моторизованный насос перекачивает жидкость внутрь и наружу из камер, и она заставляет мембрану двигаться, а кровь течёт с обратной стороны каждой из мембран. Та её часть, которая соприкасается с кровью, сделана из ткани, извлечённой из мешка, окружающего сердце коровы, чтобы сделать устройство более биосовместимым.

Это позволяет пациентам меньше зависеть от антикоагуляционных медикаментов. Устройство от Carmat также использует клапаны, сделанные из тканей коровьего сердца, и имеет встроенные сенсоры для отслеживания повышения давления внутри аппарата. Эти данные отправляются во внутреннюю контрольную систему, которая может подстроить поток крови под возросшие требования – например, когда пациент выполняет упражнения.

Устройство от Carmat является не единственным искусственным сердцем, которое в настоящее время разрабатывается в мире. Недавно прошли испытания другого типа синтетического сердца, которое не генерирует пульсации, а вместо этого непрерывно прокачивает кровь через тело. Целью такого непрерывно работающего сердца является избежать риска механического отказа, который неотвратимо нависает над каждым движущимся пульсирующим устройством.

Такое непрерывно работающее сердце компактно, не пульсирует, и имеет всего одну движущуюся часть – ротор на магнитной подвеске, который вращает два рабочих колеса, одно из которых выталкивает кровь в лёгкие для обогащения её кислородом, а другое толкает обогащённую кровь по телу. Простота такого дизайна, который не подвержен механическому износу и поломкам, контрастирует со сложностью искусственного сердца от Carmat, которое содержит множество движущихся частей. Однако эта система находится во многих годах от испытаний на пациентах, и сначала должна пройти проверку на телятах.