A tecnologia médica moderna permite substituir órgãos humanos total ou parcialmente doentes. Um marca-passo cardíaco eletrônico, um amplificador de som para pessoas com surdez e uma lente feita de plástico especial são apenas alguns exemplos do uso da tecnologia na medicina. As biopróteses acionadas por fontes de alimentação em miniatura que reagem às biocorrentes no corpo humano também estão se tornando cada vez mais difundidas.

Durante operações complexas realizadas no coração, pulmões ou rins, uma assistência inestimável aos médicos é prestada pela “Máquina cardiovascular”, “Pulmão artificial”, “Coração artificial”, “Rim artificial”, que assumem as funções dos órgãos operados e permitir temporariamente seu trabalho.

O “pulmão artificial” é uma bomba pulsante que fornece ar em porções a uma frequência de 40 a 50 vezes por minuto. Um pistão normal não é adequado para isso: partículas de material das peças de atrito ou da vedação podem entrar no fluxo de ar. Aqui e em outros dispositivos semelhantes, são usados ​​​​foles feitos de metal corrugado ou plástico - foles. O ar purificado levado à temperatura necessária é fornecido diretamente aos brônquios.

A “máquina coração-pulmão” é projetada de maneira semelhante. Suas mangueiras são conectadas cirurgicamente aos vasos sanguíneos.

A primeira tentativa de substituir a função do coração por um análogo mecânico foi feita em 1812. Porém, entre os diversos aparelhos fabricados, ainda não existe nenhum que satisfaça completamente os médicos.

Cientistas e designers nacionais desenvolveram vários modelos sob o nome geral de “Pesquisa”. Trata-se de uma prótese cardíaca de quatro câmaras com ventrículos tipo saco projetada para implantação em posição ortotópica.

O modelo distingue entre as metades esquerda e direita, cada uma delas composta por um ventrículo artificial e um átrio artificial.

Os componentes do ventrículo artificial são: corpo, câmara de trabalho, válvulas de entrada e saída. O corpo ventricular é feito de borracha de silicone pelo método de estratificação. A matriz é imersa em um polímero líquido, removida e seca - e assim por diante, até que a polpa do coração multicamadas seja criada na superfície da matriz.

A câmara de trabalho tem formato semelhante ao corpo. Foi feito de borracha de látex e depois de silicone. Uma característica do projeto da câmara de trabalho são as diferentes espessuras das paredes, nas quais as seções ativas e passivas são diferenciadas. O design é projetado de forma que mesmo com tensão total das áreas ativas, as paredes opostas da superfície de trabalho da câmara não se toquem, eliminando assim lesões nas células sanguíneas.

O designer russo Alexander Drobyshev, apesar de todas as dificuldades, continua a criar novos designs modernos de Poisk, que serão muito mais baratos que os modelos estrangeiros.

Um dos melhores sistemas de coração artificial estrangeiro da atualidade, o Novacor, custa 400 mil dólares. Com ele, você pode esperar um ano inteiro por uma operação em casa.

A caixa Novacor contém dois ventrículos de plástico. Em um carrinho separado está o serviço externo: um computador de controle, um monitor de controle, que fica na clínica em frente aos médicos. Em casa com o paciente - fonte de alimentação, baterias recarregáveis, que são substituídas e recarregadas na rede elétrica. A tarefa do paciente é monitorar o indicador verde das lâmpadas que indicam a carga das baterias.

Os dispositivos renais artificiais estão em operação há bastante tempo e são utilizados com sucesso pelos médicos.

Em 1837, enquanto estudava os processos de movimentação de soluções através de membranas semipermeáveis, T. Grechen usou e cunhou pela primeira vez o termo “diálise” (do grego dialisis - separação). Mas só em 1912, com base nesse método, foi construído nos EUA um aparelho, com o qual seus autores realizaram a retirada de salicilatos do sangue de animais em um experimento. No aparelho, que chamaram de “rim artificial”, eram usados ​​tubos de colódio como membrana semipermeável, por onde fluía o sangue do animal, e a parte externa era lavada com solução isotônica de cloreto de sódio. Porém, o colódio utilizado por J. Abel revelou-se um material bastante frágil, e posteriormente outros autores experimentaram outros materiais para diálise, como intestinos de pássaros, bexiga natatória de peixes, peritônio de bezerros, juncos e papel .

Para prevenir a coagulação do sangue, foi utilizada a hirudina, um polipeptídeo contido na secreção das glândulas salivares da sanguessuga medicinal. Estas duas descobertas foram o protótipo para todos os desenvolvimentos subsequentes no campo da limpeza extrarrenal.

Quaisquer que sejam as melhorias que possam ser feitas nesta área, o princípio permanece o mesmo. Em qualquer modalidade, o “rim artificial” inclui os seguintes elementos: uma membrana semipermeável, de um lado da qual flui o sangue, e do outro lado – uma solução salina. Para prevenir a coagulação do sangue, são utilizados anticoagulantes - medicamentos que reduzem a coagulação do sangue. Nesse caso, as concentrações de íons de baixo peso molecular, uréia, creatinina, glicose e outras substâncias de baixo peso molecular são equalizadas. À medida que a porosidade da membrana aumenta, ocorre a movimentação de substâncias com maior peso molecular. Se adicionarmos a este processo o excesso de pressão hidrostática do sangue ou a pressão negativa da solução de lavagem, então o processo de transferência será acompanhado pelo movimento da água - transferência de massa por convecção. A pressão osmótica também pode ser usada para transferir água adicionando substâncias osmoticamente ativas ao dialisado. Na maioria das vezes, a glicose era usada para esse fim, menos frequentemente a frutose e outros açúcares, e ainda menos frequentemente produtos de outras origens químicas. Ao mesmo tempo, ao introduzir glicose em grandes quantidades, pode-se obter um efeito de desidratação verdadeiramente pronunciado, porém, não é recomendado aumentar a concentração de glicose no dialisante acima de determinados valores devido à possibilidade de desenvolver complicações.

Por fim, você pode abandonar completamente a solução que lava a membrana (dialisante) e fazer sair pela membrana a parte líquida do sangue: água e substâncias com ampla faixa de pesos moleculares.

Em 1925, J. Haas realizou a primeira diálise em humanos e, em 1928, também usou heparina, uma vez que o uso prolongado de hirudina estava associado a efeitos tóxicos e seu efeito na própria coagulação sanguínea era instável. A heparina foi usada pela primeira vez para diálise em 1926 em um experimento de H. Nechels e R. Lim.

Como os materiais listados acima revelaram-se de pouca utilidade como base para a criação de membranas semipermeáveis, a busca por outros materiais continuou e, em 1938, o celofane foi utilizado pela primeira vez para hemodiálise, que nos anos seguintes por muito tempo tempo continuou sendo a principal matéria-prima para a produção de membranas semipermeáveis.

O primeiro dispositivo de “rim artificial”, adequado para uso clínico amplo, foi criado em 1943 por W. Kolff e H. Burke. Então esses dispositivos foram aprimorados. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento do pensamento técnico nesta área preocupou-se inicialmente em maior medida com a modificação dos dialisadores, e só nos últimos anos começou a afetar significativamente os próprios dispositivos.

Como resultado, surgiram dois tipos principais de dialisadores, o chamado dialisador de bobina, que utilizava tubos de celofane, e o dialisador plano-paralelo, que utilizava membranas planas.

Em 1960, F. Kiil projetou uma versão de muito sucesso do dialisador plano paralelo com placas de polipropileno e, ao longo de vários anos, esse tipo de dialisador e suas modificações se espalharam pelo mundo, ocupando um lugar de liderança entre todos os outros tipos. de dialisadores.

Depois, o processo de criação de hemodialisadores mais eficientes e de simplificação da tecnologia de hemodiálise desenvolveu-se em duas direções principais: o design do próprio dialisador, com os dialisadores descartáveis ​​eventualmente assumindo uma posição dominante, e o uso de novos materiais como membrana semipermeável.

O dialisador é o coração do “rim artificial” e, portanto, os principais esforços de químicos e engenheiros sempre visaram melhorar esse elo específico no complexo sistema do dispositivo como um todo. Contudo, o pensamento técnico não ignorou o aparelho como tal.

Na década de 1960, surgiu a ideia de utilizar os chamados sistemas centrais, ou seja, dispositivos de “rim artificial”, nos quais o dialisado era preparado a partir de um concentrado - uma mistura de sais, cuja concentração era 30-34 vezes maior do que sua concentração no sangue do paciente.

Uma combinação de técnicas de diálise e recirculação tem sido usada em diversas máquinas de rim artificial, por exemplo, pela empresa americana Travenol. Nesse caso, cerca de 8 litros de dialisante circularam em alta velocidade em um recipiente separado no qual o dialisador foi colocado e no qual foram adicionados 250 mililitros de solução fresca a cada minuto e a mesma quantidade foi jogada no esgoto.

No início, utilizava-se água simples da torneira para hemodiálise, depois, devido à sua contaminação, principalmente por microrganismos, tentaram usar água destilada, mas acabou sendo muito cara e improdutiva. A questão foi radicalmente resolvida após a criação de sistemas especiais para a preparação de água da torneira, que incluíam filtros para purificá-la de impurezas mecânicas, ferro e seus óxidos, silício e outros elementos, resinas de troca iônica para eliminar a dureza da água e a instalação de assim -chamada osmose “reversa”.

Muito esforço tem sido gasto na melhoria dos sistemas de monitoramento de dispositivos renais artificiais. Assim, além de monitorar constantemente a temperatura do dialisado, eles passaram a monitorar constantemente a composição química do dialisado por meio de sensores especiais, com foco na condutividade elétrica geral do dialisado, que muda com a diminuição da concentração de sal e aumenta com o aumento da concentração de sal. .

A partir daí, sensores de fluxo seletivos de íons passaram a ser utilizados em dispositivos de “rim artificial”, que monitoravam constantemente a concentração de íons. O computador tornou possível controlar o processo introduzindo elementos faltantes em recipientes adicionais ou alterando sua proporção usando o princípio de feedback.

A quantidade de ultrafiltração durante a diálise não depende apenas da qualidade da membrana; em todos os casos, o fator decisivo é a pressão transmembrana, por isso os sensores de pressão tornaram-se amplamente utilizados em monitores: o grau de vácuo no dialisado, a pressão no entrada e saída do dialisador. A tecnologia moderna por meio de computadores permite programar o processo de ultrafiltração.

Saindo do dialisador, o sangue entra na veia do paciente através de um coletor de ar, que permite avaliar a quantidade aproximada de fluxo sanguíneo e a tendência do sangue a coagular. Para prevenir a embolia gasosa, essas armadilhas são equipadas com dutos de ar, com a ajuda dos quais é regulado o nível sanguíneo nelas. Atualmente, em muitos dispositivos, detectores ultrassônicos ou fotoelétricos são colocados em armadilhas de ar, que desligam automaticamente a linha venosa quando o nível de sangue na armadilha cai abaixo de um nível predeterminado.

Recentemente, cientistas criaram dispositivos para ajudar pessoas que perderam a visão - total ou parcialmente.

Os óculos milagrosos, por exemplo, foram desenvolvidos pela empresa de pesquisa e desenvolvimento “Rehabilitation” com base em tecnologias anteriormente utilizadas apenas em assuntos militares. Como uma visão noturna, o dispositivo opera com base no princípio da localização infravermelha. Os óculos pretos foscos são, na verdade, placas de plexiglass com um dispositivo de localização em miniatura entre eles. Todo o localizador, junto com a armação dos óculos, pesa cerca de 50 gramas - quase o mesmo que os óculos comuns. E são selecionados, como os óculos para videntes, estritamente individualmente, para que sejam confortáveis ​​​​e bonitos. As “lentes” não apenas desempenham suas funções diretas, mas também cobrem defeitos oculares. Entre duas dezenas de opções, cada um pode escolher a mais adequada para si.

Usar óculos não é nada difícil: basta colocá-los e ligar a energia. A fonte de energia para eles é uma bateria descarregada do tamanho de um maço de cigarros. O gerador também está localizado aqui no bloco.

Os sinais por ele emitidos, ao encontrar um obstáculo, retornam e são captados pelas “lentes receptoras”. Os impulsos recebidos são amplificados, em comparação com um sinal de limiar, e se houver um obstáculo, uma campainha soa imediatamente - quanto mais alto, quanto mais perto a pessoa se aproxima dele. O alcance do dispositivo pode ser ajustado usando um dos dois intervalos.

O trabalho na criação de uma retina eletrônica está sendo realizado com sucesso por especialistas americanos da NASA e do Centro Principal da Universidade Johns Hopkins.

No início, eles tentaram ajudar as pessoas que ainda tinham alguns resquícios de visão. “Os óculos de televisão foram criados para eles”, escrevem S. Grigoriev e E. Rogov na revista “Young Technician”, onde telas de televisão em miniatura são instaladas em vez de lentes. Câmeras de vídeo igualmente em miniatura localizadas no quadro transmitem para a imagem tudo o que entra no campo de visão de uma pessoa comum. Porém, para deficientes visuais, a imagem também é decifrada por meio de um computador embutido. Tal dispositivo não cria nenhum milagre especial e não torna cegos, dizem os especialistas, mas aproveitará ao máximo as habilidades visuais restantes de uma pessoa e facilitará a orientação.

Por exemplo, se uma pessoa tiver pelo menos parte da retina restante, o computador irá “dividir” a imagem para que a pessoa possa ver o entorno pelo menos com a ajuda das áreas periféricas preservadas.

Segundo os desenvolvedores, esses sistemas ajudarão aproximadamente 2,5 milhões de pessoas que sofrem de deficiência visual. Bem, e aqueles cuja retina está quase completamente perdida? Para eles, os cientistas do centro oftalmológico da Universidade Duke (Carolina do Norte) estão dominando as operações de implantação de uma retina eletrônica. Eletrodos especiais são implantados sob a pele que, quando conectados aos nervos, transmitem imagens ao cérebro. Uma pessoa cega vê uma imagem composta por pontos luminosos individuais, muito semelhantes aos painéis exibidos em estádios, estações de trem e aeroportos. A imagem no “placar” é novamente criada por câmeras de televisão em miniatura montadas em armações de óculos.”

E, finalmente, a última palavra da ciência hoje é uma tentativa de usar a microtecnologia moderna para criar novos centros sensíveis na retina danificada. Essas operações estão sendo realizadas agora na Carolina do Norte pelo professor Rost Propet e seus colegas. Juntamente com especialistas da NASA, eles criaram as primeiras amostras de retina subeletrônica, que é implantada diretamente no olho.

“Nossos pacientes, é claro, nunca poderão admirar as pinturas de Rembrandt”, comenta o professor. “No entanto, eles ainda serão capazes de distinguir onde está a porta e onde está a janela, sinais de trânsito e placas…”

 100 grandes maravilhas da tecnologia

Universidade Politécnica Estadual de São Petersburgo

TRABALHO DO CURSO

Disciplina: Materiais médicos

Assunto: Pulmão artificial

São Petersburgo

Lista de símbolos, termos e abreviaturas 3

1. Introdução. 4

2. Anatomia do sistema respiratório humano.

2.1. Vias aéreas. 4

2.2. Pulmões. 5

2.3. Ventilação pulmonar. 5

2.4. Alterações no volume pulmonar. 6

3. Ventilação artificial. 6

3.1. Métodos básicos de ventilação artificial. 7

3.2. Indicações para uso de ventilação pulmonar artificial. 8

3.3. Monitorar a adequação da ventilação artificial.

3.4. Complicações durante ventilação artificial. 9

3.5. Características quantitativas dos modos de ventilação pulmonar artificial. 10

4. Ventilador. 10

4.1. O princípio de funcionamento de um ventilador. 10

4.2. Requisitos médicos e técnicos para o ventilador. onze

4.3. Esquemas para fornecer uma mistura de gases a um paciente.

5. Máquina coração-pulmão. 13

5.1. Oxigenadores de membrana. 14

5.2. Indicações para oxigenação por membrana extracorpórea. 17

5.3. Canulação para oxigenação por membrana extracorpórea. 17

6. Conclusão. 18

Lista de literatura usada.

Lista de símbolos, termos e abreviaturas

ALV – ventilação pulmonar artificial.

PA – pressão arterial.

PEEP é pressão expiratória final positiva.

AIK – máquina de circulação sanguínea artificial.

ECMO - oxigenação por membrana extracorpórea.

VVECMO - oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa.

VAECMO – oxigenação por membrana extracorpórea venoarterial.

A hipovolemia é uma diminuição do volume sanguíneo circulante.

Isso geralmente se refere mais especificamente a uma diminuição no volume do plasma sanguíneo.

A hipoxemia é uma diminuição no conteúdo de oxigênio no sangue como resultado de distúrbios circulatórios, aumento da demanda de oxigênio pelos tecidos, diminuição das trocas gasosas nos pulmões durante doenças pulmonares, diminuição do conteúdo de hemoglobina no sangue, etc.

A hipercapnia é um aumento da pressão parcial (e do conteúdo) de CO2 no sangue arterial (e no corpo).

A intubação é a inserção de um tubo especial na laringe pela boca para eliminar problemas respiratórios devido a queimaduras, algumas lesões, espasmos graves da laringe, difteria da laringe e seus edemas agudos e de rápida resolução, como os alérgicos.

A traqueostomia é uma fístula traqueal formada artificialmente, trazida para a região externa do pescoço, para respirar, contornando a nasofaringe.

Uma cânula de traqueostomia é inserida na traqueostomia.

Pneumotórax é uma condição caracterizada pelo acúmulo de ar ou gás na cavidade pleural.

1. Introdução.

O sistema respiratório humano garante a entrada de ácido no corpo e a remoção de gases carbonatados. O transporte de gases e outras substâncias or-ga-low desnecessárias é realizado com a ajuda do sistema sanguíneo ve-nos-noy.

A função do sistema respiratório é reduzida apenas a fornecer ao sangue uma quantidade suficiente de ki -slo-ro-sim e remover dele o gás ácido carbônico. Restauração Khi-mi-che-skoe de mo-le-ku-lyar-no-go ki-slo-ro-da com serviço de água ob-ra-zo-va-ni-em -vive para os mais pequenos com base de uma nova fonte de energia. Sem ela, a vida não pode continuar por mais do que alguns segundos.

Restauração da acidez formação so-put-st-vu-et de CO2.

O ácido ácido incluído no CO2 não provém do ácido ácido molecular. O uso de O2 e a produção de CO2 estão interligados -li-che-ski-mi re-ak-tion-mi; Theo-re-ti-che-ski, cada um deles dura algum tempo.

Troca de O2 e CO2 entre a organização e o meio ambiente em nome da respiração. Nos processos vivos mais elevados de respiração, há processos blah-go-da-rya-próximo-depois-va-tel-novos.

1. Troca de gases entre o ambiente e os pulmões, geralmente chamada de “ventilação pulmonar”.

Troca de chamada de gás entre al-ve-o-la-mi dos pulmões e do sangue (le-hoch-noe breath-ha-nie).

3. Troca de chamada de gás entre visão de sangue e tecido-nya-mi. Os gases movem-se dentro dos tecidos para locais de demanda (para O2) e de locais de produção (para CO2) (respiração precisa adesiva).

Qualquer um desses processos causa dificuldades para respirar e representa um perigo para a vida - e não para uma pessoa.

2.

Anatomia do sistema respiratório humano.

O sistema respiratório é composto de tecidos e órgãos que fornecem circulação das veias pulmonares e respiração leve. As vias aéreas-nasais incluem: nariz, cavidade nasal, garganta, garganta, traquéia, brônquios e brônquios.

Os pulmões são compostos de sacos bron-chi-ol e al-ve-o-lar, bem como de art-ter-rii, ka-pil-la-drov e veias le-goch-no-go círculo de sangue. Ao elemento do sistema ko-st-but-our-she, conectado com a respiração, desde as costelas, músculos intercostelas, diafragma e músculos respiratórios auxiliares.

Caminhos de respiração aérea.

O nariz e a cavidade do no-sa servem como fonte de ka-na-la-mi para o ar, no qual ele aquece, hidrata e filtra. Todas as suas narinas estão cobertas de muco. Numerosos cabelos femininos, bem como cílios femininos fornecidos com epi-te-li-al-nye e bo-ka- As pequenas células servem para limpar o ar das partículas sólidas.

Na parte superior da região ficam as células olfativas.

Gor-tan fica entre o tra-he-ey e a raiz da língua. A cavidade da montanha não é apenas dois armazéns de conchas mucosas, nem completamente semelhantes na linha média. O espaço entre esses armazéns é uma lacuna protegida por uma cartilagem de plástico - over-gor-tan-no-one.

A traqueia começa na extremidade inferior da montanha e desce até a cavidade torácica, onde se divide em segundo brônquio direito e esquerdo; sua parede está conectada com tecido e cartilagem unidos.

Freqüentemente, as partes que acompanham o alimento são substituídas por um ligamento fibroso. O brônquio direito geralmente é curto e largo à esquerda. Entrando nos pulmões, os brônquios principais se dividem gradualmente em tubos cada vez menores (bronquíolos), sendo que os menores, alguns dos quais, os brônquios finais, são o próximo elemento das vias respiratórias. Das montanhas aos últimos canos de bron-chi-ol, você está revestido de epi-te-li-em cintilante.

2.2.

Em geral, os pulmões têm a aparência de estruturas bem formadas em forma de lábio, em forma de arroz, situadas em ambos po-lo-vi-nah tórax po-los-ti. O menor elemento estrutural dos pulmões é um lobo que consiste no bronquíolo final, levando ao bron-khio-lu pulmonar e ao me-shok al-ve-o-lar-ny. As paredes do le-goch-noy bron-khio-ly e da bolsa al-ve-o-lyar-no-go formam o canto-lub-le-niya - al-ve-o-ly . Essa estrutura dos pulmões aumenta sua superfície respiratória, que é 50 a 100 vezes maior que a superfície do corpo.

As paredes do al-ve-ol são compostas por uma camada de células epi-te-li-al-nyh e ao redor do le-goch-ny-mi ka-pil -la-ra-mi. A superfície interna do al-ve-o-ly é coberta com uma substância top-but-st-but-active com volume surf-fact-tan-. Al-ve-o-la separada, intimamente unida a estruturas vizinhas, não tem forma - tamanho certo, multifacetada e dimensões aproximadas de até 250 mícrons.

É aconselhável considerar que a superfície geral é al-ve-ol, através da qual o gás é drenado -men, ex-po-nen-tsi-al-but for-vi-sit do peso do corpo. Com a idade, ocorre uma diminuição da área no topo do al-ve-ol.

Cada coisa leve está ok-ru-mas um saco - enxame de cuspe. A linha externa (parietal) da pleura está ligada à superfície interna da parede torácica e o diafragma -me, a linha interna (visceral) cobre o pulmão.

A lacuna entre o li-st-ka-mi é chamada de espaço pleural. Quando o tórax se move, a folha interna geralmente desliza facilmente ao longo da externa. A pressão na região pleural é sempre menor que at-mo-sphere-no-go (from-ri-tsa-tel-noe).

Órgãos artificiais: o homem pode tudo

Em condições de repouso, a pressão pleural interna de uma pessoa é em média 4,5 torr mais baixa do que as at-mo-spheres -no-go (-4,5 torr). Espaço interpleural entre os pulmões no meio; contém tra-hea, bócio (timo) e um coração com grande so-su-da-mi, linfa-fa-ti-Che-knots e pi-sche-water.

A artéria pulmonar não drena o sangue do coração direito, ela se divide nos ramos direito e esquerdo, que são os direitos aos pulmões.

Esses ramos da arte-ter-ry, seguindo o bron-ha-mi, fornecem leveza às grandes estruturas e criam ka-drank-la-ry, op-le-derreter paredes-ki al-ve-ol. Espírito do ar em al-ve-o-le from-de-len de sangue em ka-pil-la-re wall-koy al-ve-o-ly, wall-koy ka-pil-la-ra e em alguns casos, entre a camada exata entre eles.

Dos capilares, o sangue flui para pequenas veias, que eventualmente se unem e formam. As veias pulmonares incham, levando o sangue ao átrio esquerdo.

Bron-chi-al-ar-ter-rii de um grande círculo também trazem sangue para os pulmões, ou seja, eles fornecem bron-chi e bron-chio -ly, lim-fa-ti-che-knots, paredes de sangue- ve-nas-sous-coletes e pleu-ru.

A maior parte desse sangue vai para as veias brônquicas e, de lá, para as veias não pareadas (direita) e meio não pareadas (à esquerda). Uma quantidade muito pequena de sangue arteri-al bron-hi-al-no flui para as veias pulmonares.

10 órgãos artificiais para criar uma pessoa real

Orquestração(Alemão: Orchestrion) é o nome de vários instrumentos musicais cujo princípio de funcionamento é semelhante ao órgão e à gaita.

Originalmente, uma orquestra era um órgão portátil projetado pelo Abade Vogler em 1790. Continha cerca de 900 tubos, 4 manuais com 63 teclas cada e 39 pedais. O “revolucionismo” da orquestra de Vogler consistiu no uso ativo de tons combinados, o que permitiu reduzir significativamente o tamanho dos tubos labiais do órgão.

Em 1791, o mesmo nome foi dado a um instrumento criado por Thomas Anton Kunz em Praga. Este instrumento foi equipado com tubos de órgão e cordas semelhantes a piano. A orquestra de Kunz tinha 2 manuais de 65 teclas e 25 pedais, tinha 21 registros, 230 cordas e 360 ​​flautas.

No início do século XIX, sob o nome de orquestração (também orquestra) surgiram vários instrumentos mecânicos automáticos, adaptados para imitar o som de uma orquestra.

O instrumento parecia um armário, dentro do qual era colocada uma mola ou mecanismo pneumático, que era acionado ao lançar uma moeda. A disposição das cordas ou flautas do instrumento foi escolhida de forma que certas peças musicais soassem durante o funcionamento do mecanismo. O instrumento ganhou popularidade especial na década de 1920 na Alemanha.

Mais tarde, a orquestração foi suplantada por toca-discos.

Veja também

Notas

Literatura

• Orquestrion // Instrumentos musicais: enciclopédia. - M.: Deka-VS, 2008. - S. 428-429. - 786 páginas.
• Orquestra // Grande Enciclopédia Russa. Volume 24. - M., 2014. - P. 421.
• Mirek A.M. Orquestra de Vogler // Manual do circuito harmônico. - M.: Alfred Mirek, 1992. - P. 4-5. - anos 60.
• Orquestrion // Dicionário enciclopédico musical. - M.: Enciclopédia Soviética, 1990. - P. 401. - 672 p.
• Orquestra // Enciclopédia musical. - M.: Enciclopédia Soviética, 1978. - T. 4. - P. 98-99. - 976 p.
• Herbert Juttemann: Orquestra de Schwarzwald: Programa Instrumente, Firmen und Fertigungs.

  Bergkirchen: 2004. ISBN 3-932275-84-5.

CC© wikiredia.ru

Um experimento realizado na Universidade de Granada foi o primeiro em que foi criada uma pele artificial com derme à base de biomaterial aragose-fibrina. Até agora, outros biomateriais como colágeno, fibrina, ácido poliglicólico, quitosana, etc.

Foi criada uma pele mais estável e com funcionalidade semelhante à da pele humana normal.

Intestino artificial

Em 2006, cientistas ingleses notificaram o mundo sobre a criação de um intestino artificial capaz de reproduzir com precisão as reações físicas e químicas que ocorrem durante o processo de digestão.

O órgão é feito de plástico e metal especiais que não quebram nem corroem.

Esta foi a primeira vez na história que foi feito um trabalho para demonstrar como células-tronco pluripotentes humanas em uma placa de Petri poderiam ser montadas em tecido corporal com a arquitetura tridimensional e o tipo de conexões encontradas na carne naturalmente desenvolvida.

O tecido intestinal artificial pode tornar-se a opção terapêutica número 1 para pessoas que sofrem de enterocolite necrosante, doença inflamatória intestinal e síndrome do intestino curto.

Durante a pesquisa, uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. James Wells usou dois tipos de células pluripotentes: células-tronco humanas embrionárias e células induzidas obtidas pela reprogramação de células da pele humana.

As células embrionárias são chamadas de pluripotentes porque são capazes de se transformar em qualquer um dos 200 tipos diferentes de células do corpo humano.

As células induzidas são adequadas para “pentear” o genótipo de um doador específico, sem risco de rejeição adicional e complicações associadas. Esta é uma nova invenção da ciência, por isso ainda não está claro se as células adultas induzidas têm o mesmo potencial que as células embrionárias.

O tecido intestinal artificial foi liberado em duas formas, montado a partir de dois tipos diferentes de células-tronco.

Demorou muito tempo e esforço para transformar células individuais em tecido intestinal.

Os cientistas colheram o tecido usando produtos químicos e também proteínas chamadas fatores de crescimento. Num tubo de ensaio, a matéria viva crescia da mesma forma que num embrião humano em desenvolvimento.

Órgãos artificiais

Primeiro, obtém-se o chamado endoderma, de onde crescem o esôfago, o estômago, os intestinos e os pulmões, além do pâncreas e do fígado. Mas os médicos deram a ordem para que o endoderma se desenvolvesse apenas nas células primárias do intestino. Demorou 28 dias para que eles alcançassem resultados visíveis. O tecido amadureceu e adquiriu a funcionalidade de absorção e secreção característica de um trato digestivo humano saudável. Ele também contém células-tronco específicas, que agora serão muito mais fáceis de trabalhar.

Sangue artificial

Nem sempre há doadores de sangue suficientes - as clínicas russas recebem hemoderivados apenas 40% do normal.

Para realizar uma operação cardíaca com sistema de circulação artificial, é necessário o sangue de 10 doadores. Existe a possibilidade de que o sangue artificial ajude a resolver o problema - os cientistas já começaram a montá-lo, como um construtor. Plasma sintético, glóbulos vermelhos e plaquetas foram criados. Mais um pouco e podemos nos tornar Exterminadores!

Plasma– um dos principais componentes do sangue, sua parte líquida. O “plasma plástico”, criado na Universidade de Sheffield (Reino Unido), pode desempenhar todas as funções do plasma real e é absolutamente seguro para o corpo. Ele contém produtos químicos que podem transportar oxigênio e nutrientes. Hoje, o plasma artificial destina-se a salvar vidas em situações extremas, mas num futuro próximo poderá ser usado em qualquer lugar.

Bem, isso é impressionante. Embora seja um pouco assustador imaginar que o plástico líquido, ou melhor, o plasma plástico, está fluindo dentro de você. Afinal, para se transformar em sangue, ele ainda precisa ser preenchido com glóbulos vermelhos, leucócitos e plaquetas. Especialistas da Universidade da Califórnia (EUA) decidiram ajudar seus colegas britânicos com o “maldito designer”.

Eles desenvolveram completamente sintético glóbulos vermelhos feito de polímeros capazes de transportar oxigênio e nutrientes dos pulmões para órgãos e tecidos e vice-versa, ou seja, desempenhar a função principal de hemácias reais.

Além disso, eles podem entregar medicamentos às células. Os cientistas estão confiantes de que nos próximos anos todos os ensaios clínicos com glóbulos vermelhos artificiais serão concluídos e eles poderão ser usados ​​para transfusão.

É verdade, depois de diluí-los em plasma - natural ou sintético.

Não querendo ficar atrás dos seus colegas californianos, plaquetas desenvolvido por cientistas da Case Western Reserve University, Ohio. Para ser mais preciso, não se trata exatamente de plaquetas, mas de seus auxiliares sintéticos, também constituídos por um material polimérico. Sua principal tarefa é criar um ambiente eficaz para a união das plaquetas, o que é necessário para estancar o sangramento.

Agora as clínicas usam massa plaquetária para isso, mas obtê-la é um processo trabalhoso e bastante longo. É necessário encontrar doadores e selecionar rigorosamente as plaquetas, que também ficam armazenadas por no máximo 5 dias e são suscetíveis a infecções bacterianas.

O advento das plaquetas artificiais elimina todos esses problemas. Portanto, a invenção será uma boa ajuda e permitirá que os médicos não tenham medo de sangrar.

Sangue real e artificial. O que é melhor?

O termo “sangue artificial” é um pouco impróprio. O sangue real executa um grande número de tarefas. O sangue artificial só pode realizar alguns deles até agora. Se for criado sangue artificial completo que possa substituir completamente o sangue real, este será um verdadeiro avanço na medicina.

O sangue artificial desempenha duas funções principais:

1) aumenta o volume das células sanguíneas

2) desempenha funções de enriquecimento de oxigênio.

Embora o agente estimulador de células sanguíneas seja usado há muito tempo em hospitais, a oxigenoterapia ainda está em desenvolvimento e em ensaios clínicos.

3. Supostas vantagens e desvantagens do sangue artificial

Ossos artificiais

Médicos do Imperial College London afirmam que conseguiram criar um material pseudoósseo que é mais semelhante em composição aos ossos reais e tem chances mínimas de rejeição.

Os novos materiais ósseos artificiais consistem, na verdade, em três compostos químicos que simulam o trabalho de células ósseas reais.

Médicos e especialistas em próteses de todo o mundo estão agora desenvolvendo novos materiais que poderiam servir como um substituto completo para o tecido ósseo do corpo humano.

No entanto, até o momento, os cientistas criaram apenas materiais semelhantes a ossos, que ainda não foram transplantados, em vez de ossos reais, mesmo quebrados.

O principal problema com esses materiais pseudoósseos é que o corpo não os reconhece como tecido ósseo “nativo” e não se adapta a eles. Como resultado, processos de rejeição em larga escala podem começar no corpo de um paciente com ossos transplantados, o que, na pior das hipóteses, pode até levar a uma falha em grande escala no sistema imunológico e à morte do paciente.

Pulmão artificial

Cientistas americanos da Universidade de Yale, liderados por Laura Niklason, fizeram um grande avanço: conseguiram criar um pulmão artificial e transplantá-lo em ratos.

Também foi criado um pulmão separadamente, funcionando de forma autônoma e simulando o funcionamento de um órgão real.

Deve ser dito que o pulmão humano é um mecanismo complexo.

A área de superfície de um pulmão em um adulto é de cerca de 70 metros quadrados, disposta para permitir a transferência eficiente de oxigênio e dióxido de carbono entre o sangue e o ar. Mas o tecido pulmonar é difícil de restaurar, por isso, no momento, a única maneira de substituir as áreas danificadas do órgão é um transplante. Este procedimento é muito arriscado devido ao alto percentual de rejeições.

Segundo as estatísticas, dez anos após o transplante, apenas 10-20% dos pacientes permanecem vivos.

O “pulmão artificial” é uma bomba pulsante que fornece ar em porções a uma frequência de 40 a 50 vezes por minuto. Um pistão normal não é adequado para isso; partículas de material das peças de atrito ou da vedação podem entrar no fluxo de ar. Aqui, e em outros dispositivos semelhantes, são usados ​​​​foles feitos de metal corrugado ou plástico - foles.

O ar purificado levado à temperatura necessária é fornecido diretamente aos brônquios.

Mudar de mão? Sem problemas!..

Mãos artificiais

Mãos artificiais no século XIX.

foram divididos em “mãos trabalhadoras” e “mãos cosméticas”, ou bens de luxo.

Para o pedreiro ou operário, limitavam-se a aplicar no antebraço ou no ombro uma bandagem feita de manga de couro com reforço, à qual era fixada uma ferramenta correspondente à profissão do operário - um alicate, um anel, um gancho, etc.

As mãos artificiais cosméticas, dependendo da ocupação, estilo de vida, grau de escolaridade e outras condições, eram mais ou menos complexas.

A mão artificial poderia ter o formato de uma mão natural, calçada com uma elegante luva de pelica, capaz de realizar trabalhos delicados; escrever e até embaralhar cartas (como a famosa mão do General Davydov).

Se a amputação não atingisse a articulação do cotovelo, então com a ajuda de um braço artificial era possível restaurar a função do membro superior; mas se a parte superior do ombro fosse amputada, o trabalho com a mão só seria possível através de aparelhos volumosos, muito complexos e exigentes.

Além deste último, os membros superiores artificiais consistiam em duas mangas de couro ou metal para o braço e antebraço, que eram articuladas de forma móvel acima da articulação do cotovelo por meio de talas de metal. A mão era feita de madeira leve e fixamente fixada ao antebraço ou móvel.

Havia molas nas juntas de cada dedo; das pontas dos dedos saem cordões intestinais, que eram conectados atrás da articulação do punho e continuavam na forma de dois cordões mais fortes, um dos quais, passando ao longo dos rolos pela articulação do cotovelo, era preso a uma mola na parte superior do ombro , enquanto o outro, também movendo-se sobre um bloco, terminava livremente em um ilhó.

Quando a articulação do cotovelo era flexionada voluntariamente, os dedos fechavam-se neste aparelho e ficavam completamente fechados se o ombro fosse dobrado em ângulo reto.

Para encomendar mãos artificiais, bastava indicar as medidas de comprimento e volume do coto, bem como da mão sã, e explicar a técnica e a finalidade a que deveriam servir.

As mãos protéticas devem ter todas as propriedades necessárias, por exemplo, a função de fechar e abrir a mão, segurar e soltar qualquer coisa das mãos, e a prótese deve ter um visual que copie o membro perdido com a maior precisão possível.

Existem próteses de mão ativas e passivas.

Os passivos apenas copiam a aparência da mão, enquanto os ativos, que se dividem em bioelétricos e mecânicos, desempenham muito mais funções. A mão mecânica é uma réplica bastante precisa de uma mão real, então qualquer pessoa com uma amputação será capaz de relaxar perto das pessoas e pegar e soltar um objeto.

A bandagem, que é fixada na cintura escapular, faz com que a mão se mova.

A prótese bioelétrica funciona graças a eletrodos que leem a corrente produzida pelos músculos durante a contração, o sinal é transmitido ao microprocessador e a prótese se movimenta.

Pernas artificiais

Para uma pessoa com danos físicos nas extremidades inferiores, próteses de pernas de alta qualidade são, obviamente, importantes.

A escolha correta de uma prótese, que substituirá e poderá até restaurar muitas funções que eram características do membro, dependerá do nível de amputação do membro.

Existem próteses para jovens e idosos, bem como para crianças, atletas e aqueles que, apesar da amputação, levam uma vida igualmente ativa. Uma prótese de alta qualidade consiste em um sistema de pé, articulações de joelho e adaptadores feitos de material de alta qualidade com maior resistência.

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Universidade Médica do Estado de Karaganda

Departamento de Biofísica Médica e Informática

Tópico: Órgãos artificiais.

Concluído por: Kan Liliya 142 OM

Verificado por: Korshukov I.V.

Karaganda 2012

1. Introdução.
2. Pulmões artificiais (oxigenadores).
3. Rim artificial (hemodiálise).
4. Coração artificial.
5. Marcapassos.
6. Próteses biológicas. Articulações artificiais.
7. Conclusão.

Introdução.

A ideia de substituir órgãos doentes por saudáveis ​​​​surgiu nos humanos há vários séculos. Mas métodos imperfeitos de cirurgia e anestesiologia não permitiram que o plano fosse concretizado. No mundo moderno, o transplante de órgãos ocupa um lugar de destaque no tratamento das fases terminais de muitas doenças. Milhares de vidas humanas foram salvas. Mas surgiram problemas do outro lado. Uma escassez catastrófica de doadores de órgãos, incompatibilidade imunológica e milhares de pessoas em listas de espera por um ou outro órgão que nunca foram operados.

A tecnologia médica moderna permite substituir órgãos humanos total ou parcialmente doentes. Marcapasso cardíaco eletrônico, amplificador de som para surdos, lente de plástico especial - esses são apenas alguns exemplos do uso da tecnologia na medicina. As biopróteses acionadas por fontes de alimentação em miniatura que reagem às biocorrentes no corpo humano também estão se tornando cada vez mais difundidas.

Cientistas de todo o mundo estão cada vez mais pensando em criar órgãos artificiais que possam substituir os reais em suas funções, e algum sucesso tem sido alcançado nesse sentido. Conhecemos rins, pulmões, corações, pele, ossos, articulações, retinas, implantes cocleares artificiais.

Durante operações complexas realizadas no coração, pulmões ou rins, uma assistência inestimável aos médicos é prestada pela “Máquina cardiovascular”, “Pulmão artificial”, “Coração artificial”, “Rim artificial”, que desempenham as funções dos órgãos operados e permitem suspendam temporariamente o seu trabalho.

Pulmões artificiais (oxigenadores).

Um oxigenador é um dispositivo descartável de troca gasosa projetado para remover o dióxido de carbono do sangue e saturá-lo com oxigênio. Um oxigenador é usado durante cirurgia cardíaca ou para melhorar a circulação sanguínea no corpo do paciente se o paciente sofre de doenças pulmonares ou cardíacas, nas quais o teor de oxigênio no sangue é bastante reduzido.

As desvantagens dos oxigenadores de bolha de fluxo direto são o forte fluxo de oxigênio e a hemólise associada, bem como a formação de espuma e subsequente transição para o estado líquido de todo o volume de sangue que passa pelo oxigenador. O oxigênio que entra no sangue pela parte inferior do oxigenador de bolhas do tipo contracorrente cria uma coluna de espuma (tela), em direção à qual o sangue venoso flui da parte superior do oxigenador. Este princípio é mais econômico e eficaz. O consumo de oxigênio e a quantidade de sangue são significativamente menores do que nos oxigenadores de fluxo direto. Devido à formação de espuma de uma pequena parte do sangue venoso que flui, os elementos figurados do sangue são menos danificados. A desvantagem desses oxigenadores é a complexidade do controle devido à necessidade da presença constante de uma coluna de espuma. Várias modificações de AICs domésticos são equipadas com oxigenadores deste tipo.

Oxigenadores de filme.

Como o nome desses dispositivos indica, a oxigenação ocorre quando uma película de sangue formada sobre uma superfície sólida entra em contato com o oxigênio. Existem oxigenadores de filme estacionários e rotativos. Nos oxigenadores estacionários, o sangue flui sobre telas fixas que estão em uma atmosfera de oxigênio. Um exemplo é o oxigenador Gibbon, com o qual foi realizada a primeira cirurgia cardíaca com circulação artificial com sucesso.As principais desvantagens dos oxigenadores de tela são o alto custo, a baixa controlabilidade, o design volumoso e a necessidade de grande quantidade de sangue doado. Os oxigenadores rotativos são mais eficazes. Estes incluem o oxigenador de disco Kay-Cross e o oxigenador de cilindro Crafoord-Senning, que eram populares no passado. A película de sangue formada na superfície dos discos ou cilindros giratórios entra em contato com o oxigênio fornecido ao oxigenador. A produtividade dos oxigenadores rotativos, diferentemente dos oxigenadores de tela, pode ser aumentada aumentando a velocidade de rotação dos discos (cilindros). Os oxigenadores de filme e bolha considerados reutilizáveis ​​são de interesse histórico. Foram substituídos por oxigenadores descartáveis ​​completos com trocador de calor, reservatórios arteriais e venosos, seção especial “antifúngica” (silicone) dentro do oxigenador, filtros de gases e líquidos, conjunto de cânulas e cateteres. Os oxigenadores mais populares são da Bentley (EUA), Harvey (EUA), Shiley (EUA), Polystan (Dinamarca), Gambro (Suécia), etc. Esses oxigenadores satisfazem plenamente as necessidades da cirurgia cardíaca moderna e da anestesiologia cardíaca. Mas se for necessária a oxigenação artificial do sangue a longo prazo (mais de 4 horas), os efeitos nocivos do contato direto do sangue com o oxigênio e o dióxido de carbono tornam-se importantes para o corpo. A antifisiologia deste fenômeno se manifesta por uma mudança nas forças eletrocinéticas, uma violação da configuração normal das moléculas de proteínas e sua desnaturação, agregação plaquetária, liberação de cininas, etc. Para evitar isso, durante perfusões de longo prazo é mais aconselhável utilizar oxigenadores de membrana.

Rim artificial (hemodiálise).

Os rins são um órgão vital sem o qual uma pessoa não pode viver.
Um comprometimento acentuado da função renal em uma pessoa pode levar à morte em pouco tempo. Porque o corpo do paciente perde a capacidade de se limpar naturalmente. Toxinas e outras substâncias nocivas não são removidas, mas se acumulam no corpo, o que ameaça o envenenamento geral, ocorrem mudanças irreversíveis no corpo e não é mais possível salvar o paciente.

A hemodiálise é a remoção mecânica de resíduos, sais e fluidos do sangue, necessária para pacientes cujos rins não são saudáveis ​​o suficiente para realizar o trabalho.

A hemodiálise é realizada em uma máquina de rim artificial. Seu trabalho baseia-se nos princípios da diálise, que permite a remoção de substâncias de pequeno peso molecular (eletrólitos, uréia, creatinina, ácido úrico, etc.) do plasma sanguíneo, e parcialmente da ultrafiltração, que remove o excesso de água e substâncias tóxicas com um maior peso molecular.

Entre os diversos modelos de dispositivos renais artificiais, existem dois tipos principais: dispositivos com membrana de celofane, em formato de tubo com diâmetro de 25-35 mm, e dispositivos com membrana de celofane em placa.

O rim artificial de duas bobinas Kolff-Wachinger é mais amplamente utilizado no exterior. A vantagem desse modelo é que as bobinas com mangueiras de celofane enroladas saem de fábrica em estado estéril e podem ser utilizadas imediatamente se necessário. A facilidade de instalação e manuseio e a grande superfície de diálise tornaram este modelo muito popular. As desvantagens do dispositivo são uma grande capacidade sanguínea e uma resistência significativa ao fluxo sanguíneo devido ao enrolamento apertado das duas mangueiras de diálise. Portanto, uma bomba é instalada na entrada do dialisador.

O modelo soviético de rim artificial é um tipo de dialisador com membrana de celofane em forma de placa.
A extensa experiência clínica de médicos soviéticos e estrangeiros mostra a alta eficácia da hemodiálise no tratamento de pacientes com insuficiência renal.

O dispositivo é conectado ao paciente por método venovenoso ou arteriovenoso. Se o uso repetido de G. for necessário, o paciente recebe um implante de derivação arteriovenosa externa ou uma anastomose subcutânea é colocada entre a artéria e a veia. Usando o monitor, são monitorados e regulados a composição química, pH, pressão e temperatura da solução de dialisante, sua taxa de passagem, pressão arterial na máquina, etc.. A duração da hemodiálise é de 5 a 6 horas.

Esquema do modelo soviético de rim artificial:

1 - cateter; 2 - bomba de sangue; 3 - dialisador; 4 - medidor de desempenho; 5 - armadilha de ar; 6 - filtro; 7 - cateter para retorno de sangue ao paciente; 8 - aquecedor; 9 - bomba para fluido dialisante; 10 - tanque para solução de dialisante; 11 - rotâmetro de oxigênio; 12 - rotâmetro para dióxido de carbono; 13 - acionamento hidráulico da bomba de perfusão.

O sangue do paciente flui através do cateter (1) usando uma bomba (2) para o dialisador (3). Passando entre as placas de celofane deste último (através de cada uma de suas 11 seções), o sangue do paciente através da placa de celofane entra em contato com a solução de dialisante que flui em sua direção. Sua composição costuma ser padrão e contém todos os principais íons sanguíneos (K·, Na·, Ca··, Mg·, Cl·, HCO 3) e glicose em concentrações necessárias para corrigir a composição eletrolítica do sangue do paciente. Após o dialisador, o sangue entra no medidor de desempenho (4), onde são coletados coágulos sanguíneos e ar. Em seguida, o sangue retorna através do cateter para o sistema venoso do paciente. Utilizando um aquecedor automático (8), a solução de dialisante é levada a uma temperatura de 38° e saturada com carbogênio de modo que seu pH seja 7,4. Utilizando a bomba (9), a solução de dialisante é fornecida ao dialisador. A taxa de fluxo sanguíneo no dialisador é geralmente de 250-300 ml/min.

O uso de rim artificial de acordo com indicações estritas, tomando todos os cuidados e monitorando cuidadosamente o paciente durante e após a diálise é praticamente seguro e não apresenta complicações.

Coração artificial.

Um coração artificial é um dispositivo tecnológico projetado para manter parâmetros hemodinâmicos suficientes para a vida.

No momento, o coração artificial pertence a dois grupos de dispositivos técnicos.

• O primeiro inclui oxigenadores heme, também conhecidos como máquinas de circulação sanguínea artificial. Eles consistem em uma bomba arterial que bombeia o sangue e uma unidade oxigenadora que satura o sangue com oxigênio. Este equipamento é utilizado ativamente em cirurgia cardíaca, durante operações cardíacas.
• O segundo inclui próteses cardíacas, dispositivos técnicos implantados no corpo humano, destinados a substituir o músculo cardíaco e melhorar a qualidade de vida do paciente. Atualmente, esses dispositivos são apenas experimentais e estão em fase de testes clínicos.

Cientistas e designers nacionais desenvolveram vários modelos sob o nome geral de “Pesquisa”. Trata-se de uma prótese cardíaca de quatro câmaras com ventrículos tipo saco projetada para implantação em posição ortotópica.

O modelo distingue entre as metades esquerda e direita, cada uma delas composta por um ventrículo artificial e um átrio artificial. Os componentes do ventrículo artificial são: corpo, câmara de trabalho, válvulas de entrada e saída. O corpo ventricular é feito de borracha de silicone pelo método de estratificação. A matriz é imersa em um polímero líquido, removida e seca - e assim por diante, até que a polpa do coração multicamadas seja criada na superfície da matriz. A câmara de trabalho tem formato semelhante ao corpo. Foi feito de borracha de látex e depois de silicone. Uma característica do projeto da câmara de trabalho são as diferentes espessuras das paredes, nas quais as seções ativas e passivas são diferenciadas. O design é projetado de forma que mesmo com tensão total das áreas ativas, as paredes opostas da superfície de trabalho da câmara não se toquem, eliminando assim lesões nas células sanguíneas.

Um dos melhores sistemas cardíacos artificiais estrangeiros hoje é o Novacor. Com ela você pode esperar um ano inteiro pela cirurgia. A caixa Novacor contém dois ventrículos de plástico. Em um carrinho separado há um computador de controle de serviço externo, um monitor de controle, que fica na clínica em frente aos médicos. Em casa, com o paciente, há fonte de alimentação, baterias recarregáveis, que são substituídas e recarregadas na rede elétrica. A tarefa do paciente é monitorar o indicador verde das lâmpadas que indicam a carga das baterias.

Marcapassos.

Um marcapasso é um dispositivo médico projetado para influenciar o ritmo do coração. A principal tarefa de um marca-passo é manter ou impor uma frequência cardíaca a um paciente cujo coração não bate rápido o suficiente ou que apresenta uma desconexão eletrofisiológica entre os átrios e os ventrículos (bloqueio atrioventricular).

Indicações de uso:

• Aritmia cardíaca
• Síndrome do nódulo sinusal
• Bloqueio atrioventricular

Um marcapasso é um dispositivo em uma caixa de metal selada de tamanho pequeno. O case contém uma bateria e uma unidade de microprocessador. Todos os estimuladores modernos percebem a atividade elétrica (ritmo) do próprio coração e, se ocorrer uma pausa ou outro distúrbio de ritmo/condução por um determinado período, o dispositivo começa a gerar impulsos para estimular o miocárdio. Caso contrário, se existir um ritmo natural adequado, o marcapasso não gera impulsos. Esta função é chamada de “sob demanda” ou “sob demanda”.

Descrição do trabalho

A ideia de substituir órgãos doentes por saudáveis ​​​​surgiu nos humanos há vários séculos. Mas métodos imperfeitos de cirurgia e anestesiologia não permitiram que o plano fosse concretizado. No mundo moderno, o transplante de órgãos ocupa um lugar de destaque no tratamento das fases terminais de muitas doenças. Milhares de vidas humanas foram salvas. Mas surgiram problemas do outro lado. Uma escassez catastrófica de doadores de órgãos, incompatibilidade imunológica e milhares de pessoas em listas de espera por um ou outro órgão que nunca foram operados.

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JSC "Universidade Médica de Astana"

Departamento: Biofísica Médica e Segurança da Vida

Tópico: “Órgãos artificiais”

Astana 2014

A ideia de substituir órgãos doentes por saudáveis ​​​​surgiu nos humanos há vários séculos. Mas métodos imperfeitos de cirurgia e anestesiologia não permitiram que o plano fosse concretizado. No mundo moderno, o transplante de órgãos ocupou o seu devido lugar no tratamento dos estágios terminais de muitas doenças. Milhares de vidas humanas foram salvas. Mas surgiram problemas do outro lado. Uma escassez catastrófica de doadores de órgãos, incompatibilidade imunológica e milhares de pessoas em listas de espera por um ou outro órgão que nunca foram operados.

Cientistas de todo o mundo estão cada vez mais pensando em criar órgãos artificiais que possam substituir os reais em suas funções, e algum sucesso tem sido alcançado nesse sentido. Conhecemos rins, pulmões, corações, pele, ossos, articulações, retinas, implantes cocleares artificiais.

Órgãos artificiais

O uso de órgãos artificiais remonta a 1982, quando um homem de 61 anos chamado Barney Clark, ex-dentista, foi o primeiro a receber o coração artificial Jarvik-7. O equipamento que manteve Clark vivo era grande e pesado, mas fez o seu trabalho, mantendo o sangue fluindo pelo corpo de Clark por 112 dias até que ele morreu devido a coágulos sanguíneos e outras complicações.

O Jarvik-7 ainda é usado como dispositivo temporário para prolongar a vida de pessoas com doenças cardíacas até que possam receber um transplante de coração. No entanto, logo se tornou óbvio que esta máquina não era adequada para uso permanente. É demasiado complexo, demasiado incontrolável e demasiado ineficiente para ser prático, mas abriu efectivamente a porta a toda uma gama de novos órgãos artificiais, muitos dos quais, embora ainda em desenvolvimento, oferecem grande esperança para prolongar a vida humana.

Comparado a outros órgãos, como o fígado e o pâncreas, o coração é uma máquina relativamente simples. Ele não precisa digerir produtos químicos, produzir enzimas ou filtrar fluidos – ele só precisa bombear o sangue. Dados os erros cometidos na criação do primeiro coração artificial, os investigadores estão agora a trabalhar para melhorar a última geração de máquinas cardíacas artificiais, a fim de criar uma bomba em miniatura que seja suficientemente pequena para ser implantada no corpo sem a necessidade de um grande sistema. apoiar. Além disso, eles abandonaram em grande parte a ideia de criar um coração mecânico completo, concentrando-se, em vez disso, na criação de dispositivos que ajudem os pacientes com insuficiência cardíaca a viver até que um substituto adequado seja encontrado para o coração com insuficiência cardíaca.

O exemplo mais impressionante de tal dispositivo de assistência cardíaca é o dispositivo de assistência ventricular esquerda (LVAD). Este dispositivo, que está em uso há vários anos, é alimentado por uma pequena bateria que é colocada no corpo, no abdômen. Com sua ajuda, o dispositivo bombeia o sangue para fora do ventrículo esquerdo. Um LVAD dá tempo extra para pacientes cardíacos que aguardam cirurgia de transplante.

O próximo passo, dizem os cientistas, será criar um coração artificial que será totalmente implantado no corpo, sem a necessidade de uma grande fonte de energia, e que poderá funcionar exatamente como um coração real. Um dos principais problemas de um coração artificial é a forma como ele bombeia o sangue. Máquinas anteriores, como o Jarvik-7, dependiam de um sistema de diafragma para bombear o sangue. No entanto, os cientistas afirmam ter encontrado uma forma mais confiável e avançada - por meio de minúsculos motores instalados dentro do dispositivo por meio de um ímã.

Esse coração artificial, um órgão experimental chamado Streamliner, foi desenvolvido no McGowan Center. Este dispositivo leve é ​​implantado no abdômen e bombeia o sangue através do coração e das artérias naturais usando um par de tubos. A energia vem de uma embreagem indutiva que transfere energia de uma bobina conectada a uma pequena bateria usada no cinto para uma segunda bobina e bateria implantada logo abaixo da pele. Tal sistema proporcionaria ao usuário liberdade quase completa – algo que Barney Clark nunca teve. No entanto, o Streamliner não estará disponível tão cedo; Ainda levará muitos meses para desenvolvê-lo, e somente depois disso os testes começarão, dizem seus criadores.

Criar um coração artificial é uma brincadeira de criança em comparação com a criação de órgãos mais complexos, como o fígado, os rins ou o pâncreas. Esses órgãos são frequentemente chamados de “órgãos inteligentes” devido às funções complexas que desempenham, e seus substitutos mecânicos quase certamente precisarão conter tecido orgânico para que funcionem adequadamente. Por que? A ciência ainda tem um longo caminho a percorrer antes de poder criar substitutos de órgãos mecânicos que possam funcionar exatamente como os reais.

A maioria das pesquisas que visam a criação de órgãos bioquímicos "inteligentes" envolve o cultivo artificial de células orgânicas retiradas de uma pessoa ou animal e, em seguida, a colocação desse tecido em um chamado biorreator - uma caixa ou cilindro, no qual as condições são criadas usando um suprimento constante de oxigênio e os nutrientes necessários para manter a vida e a função dos tecidos. Na maioria dos casos, estes estudos colocam agora o biorreator numa grande máquina que bombeia sangue através de tubos. O uso de biorreatores totalmente implantáveis ​​será possível por pelo menos dez anos, dizem os cientistas médicos, embora dispositivos temporários que podem ser usados ​​no corpo possam aparecer um pouco mais cedo.

Um dos órgãos artificiais mais necessários é o rim. Atualmente, dezenas de milhares de pessoas devem ser submetidas regularmente a diálise, um procedimento prejudicial e demorado, para sobreviver. E a diálise é um procedimento imperfeito. Rins saudáveis ​​filtram os resíduos de uréia do sangue e fornecem ao corpo nutrientes importantes, como açúcares e sais derivados desses resíduos filtrados. Infelizmente, os mecanismos pelos quais a diálise é realizada hoje simplesmente não conseguem realizar a segunda tarefa.

Sua solução, dizem os cientistas, é possível com a ajuda de um rim biológico artificial, que seria um tecido especialmente cultivado e colocado em um dispositivo mecânico. Este tipo de órgão artificial poderia realizar todas as funções de um rim real, eliminando assim a necessidade da diálise tradicional para a maioria das pessoas.

Pesquisadores da Universidade de Michigan estão atualmente tentando desenvolver tal órgão. Eles cultivaram células tubulares proximais retiradas de rins de porco e as entrelaçaram com fibras extremamente finas colocadas dentro de um cartucho de filtro. Este cartucho está contido em um mecanismo que filtra o sangue do paciente e devolve nutrientes essenciais que de outra forma seriam perdidos. Este sistema foi testado com sucesso em cães e, no momento em que este livro estava sendo preparado para publicação, os pesquisadores aguardavam permissão para realizar testes em humanos.

implantação de órgão artificial

Muito provavelmente, o biorim desenvolvido na Universidade de Michigan será usado como um paliativo, um dispositivo que permitirá que pessoas com insuficiência renal aguda vivam até que um órgão real possa ser encontrado para transplante. Porém, seus criadores afirmam que o surgimento de um aparelho menor e mais avançado é apenas uma questão de tempo. Tal dispositivo, embora não tão avançado quanto um rim real, poderia reduzir o tempo de diálise em até 50%, e talvez até tornar possível passar completamente sem ele.

Pâncreas

Um pâncreas artificial é um dispositivo ainda mais complexo que um rim artificial. Mas o esforço vale a pena, dizem os proponentes, porque tal dispositivo poderia melhorar significativamente a saúde e a qualidade de vida de milhões de pessoas com diabetes dependente de insulina.

Pessoas com diabetes dependente de insulina devem verificar regularmente os níveis de açúcar no sangue e injetar-se insulina para manter a doença sob controle. Uma das maiores desvantagens deste tratamento é que é impossível saber exatamente quanta insulina um paciente precisa injetar. Na maioria dos casos, os pacientes têm que fazer suas próprias suposições. Isto leva a flutuações constantes nos níveis de glicose, que se acredita ser a causa de muitas das complicações comuns associadas ao diabetes, incluindo doenças cardíacas e problemas de visão.

Um pâncreas artificial ideal seria capaz de “adivinhar” os níveis de glicose com base na resposta do corpo, a fim de determinar exatamente quando e quanta insulina necessita. Atualmente em desenvolvimento está um dispositivo chamado PancreAssist, que está sendo desenvolvido por cientistas biomédicos em Lexington, Massachusetts. Este sistema monitora a química do corpo e determina a quantidade de insulina necessária e a administra exatamente quando necessária.

O PancreAssist é um dispositivo que consiste num invólucro de plástico, uma membrana tubular implantável, rodeada por “ilhas” de células produtoras de insulina retiradas de um porco. À medida que o sangue do usuário flui pelo tubo, essas ilhas detectam o nível de glicose no sangue e começam a produzir insulina, que no momento certo entra na corrente sanguínea através da membrana.

A membrana também desempenha um papel importante na proteção dessas ilhotas dos sistemas de defesa natural do corpo, que entrariam em ação imediatamente, se possível. Se tudo correr bem, os testes clínicos deste dispositivo em humanos poderão começar nos próximos anos, dizem os cientistas.

Um órgão igualmente importante, mas ainda mais complexo, é o fígado. Localizado na região superior direita do abdômen, desempenha um papel importante na absorção de nutrientes pelo organismo. O fígado converte o excesso de glicose em glicogênio, que armazena e depois reconverte em glicose quando necessário. O fígado também decompõe o excesso de aminoácidos em uréia, ajuda o corpo a metabolizar a gordura e desempenha uma série de outras funções. Quando o fígado é danificado por uma doença (hepatite C) ou como resultado do abuso de álcool, ele não consegue funcionar adequadamente. A insuficiência hepática geralmente significa morte.

O fígado é um órgão transplantável, mas o número de pessoas que necessitam de um transplante de órgão de doador excede em muito o número de órgãos de doadores, portanto, há uma extrema necessidade de tal órgão artificial. A criação de um fígado artificial que pudesse funcionar durante toda a vida poderia ajudar inúmeros pacientes que sofrem de insuficiência hepática aguda e estão em situação de desamparo. No entanto, tal órgão não aparecerá em breve. Uma maneira melhor e mais confiável de sair dessa situação pode ser um sistema biológico artificial que possa realizar a maioria das funções do fígado por um curto período de tempo, suficiente para que o órgão doente se recupere por conta própria.

Alguns especialistas acreditam que, na maioria dos casos, uma semana seria suficiente para restaurar o fígado danificado ao ponto em que ele pudesse funcionar quase normalmente.

Não é nenhuma surpresa que diversas empresas estejam trabalhando arduamente para criar tais sistemas. Estes incluem a Sere Biomedical, que, em colaboração com especialistas do Cedar-Sinai Medical Center em Los Angeles, desenvolveu um sistema experimental denominado “Hepat Assist”. Este sistema, que foi criado a partir de células retiradas do fígado de porco, remove toxinas do sangue da mesma forma que um protótipo de rim artificial biológico, dizem os pesquisadores. Um cartucho de plástico, coberto por dentro com células cultivadas artificialmente, é inserido em um grande mecanismo que purifica o sangue que passa por ele. Na melhor das hipóteses, os pacientes usarão a máquina por aproximadamente seis horas diárias durante uma semana, tempo suficiente para o fígado se reparar.

Os órgãos artificiais biológicos são apenas uma abordagem que os cientistas estão a tentar utilizar na sua procura de formas de prolongar a vida de pessoas cujos corpos, por qualquer razão, se recusam a funcionar. Outra abordagem que neste aspecto é mais ficção científica do que realidade, mas ainda digna de discussão, é o conceito associado ao “xenotransplante”, que se baseia na ideia de transplantar órgãos obtidos de outras espécies para pessoas doentes.

O problema de o corpo do receptor rejeitar um órgão novo e estranho poderia ser evitado através da introdução de genes humanos nestes órgãos, que então não seriam capazes de desencadear a resposta imunitária natural do corpo, dizem os cientistas.

Conclusão

Órgãos artificiais são dispositivos concebidos para substituir activamente, temporária ou permanentemente, a função perdida de um protótipo natural (no entanto, esta função ainda não pode ser completamente substituída, especialmente se um protótipo específico, como um pulmão, fígado, rim ou pâncreas, tiver um complexo de funções complexas). Uma prótese funcional não deve ser identificada com um órgão artificial - um dispositivo que reproduz passivamente a principal função perdida de um protótipo natural devido à sua forma ou característica de design.

Um órgão artificial ideal deve atender aos seguintes parâmetros:

Pode ser implantado no corpo humano;

Não tem comunicação com o meio ambiente;

Feito de material leve, durável e altamente biocompatível;

Durável, suporta cargas pesadas;

Simula totalmente as funções de um análogo natural

Lista de literatura usada

1. http://meduniver.com/Medical/Xirurgia/815.html\

2. http://transplantation.eurodoctor.ru/artificialorgan/

3. http://help-help.ru/old/239/

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apresentação, adicionada em 20/04/2016


O conceito de coração artificial, sua finalidade e indicações de uso. Procure um coração artificial com as tecnologias mais avançadas. Características dos análogos deste dispositivo, sua avaliação. Modelagem de um protótipo e hipóteses para superar suas deficiências.

resumo, adicionado em 12/07/2012


Implantação de uma lente artificial (lente intraocular) no olho. Tipos de lentes artificiais. Peculiaridades da operação de implante de lente artificial em caso de turvação (catarata), com grave comprometimento da acuidade visual.

apresentação, adicionada em 13/01/2014


Patogênese de danos ao sistema nervoso em doenças somáticas. Doenças do coração e dos grandes vasos. Distúrbios neurológicos em doenças agudas e crônicas dos pulmões, fígado, pâncreas, rins. Lesões do tecido conjuntivo.

palestra, adicionada em 30/07/2013


Revisão e características comparativas de válvulas artificiais. Válvulas artificiais mecânicas. Válvulas cardíacas artificiais mecânicas de disco e bicúspide. Coração e ventrículos artificiais, suas características, princípio de funcionamento e características.

resumo, adicionado em 16/01/2009


A criação de órgãos artificiais como uma das áreas importantes da medicina moderna. A importância da escolha de materiais adequados à finalidade pretendida da solução de engenharia. Sangue artificial, vasos sanguíneos, intestinos, coração, ossos, útero, pele, membros.

apresentação, adicionada em 14/03/2013


Defeitos cardíacos adquiridos (defeitos valvares). Insuficiência e estenose das válvulas mitral, aórtica e tricúspide. Tratamento de defeitos cardíacos congênitos e adquiridos. Cirurgia plástica radical ou implantação de válvulas artificiais, coarctação de aorta.

apresentação, adicionada em 05/02/2015


Características do estudo da secreção externa e interna do pâncreas. Proteínas, composição mineral do pâncreas, ácidos nucléicos. A influência de vários fatores no conteúdo de insulina no pâncreas. Descrição das anomalias pancreáticas.

resumo, adicionado em 28/04/2010


Características da localização e função do pâncreas. Especificidades da formação e desenvolvimento deste órgão. Dados anatômicos comparativos sobre a estrutura do pâncreas em diferentes espécies animais. O papel do pâncreas na regulação do metabolismo dos carboidratos.

Quando se trata de criar órgãos humanos em condições de laboratório que sejam capazes de desempenhar as funções prescritas pela natureza no corpo humano, um sorriso cético aparece involuntariamente no rosto da maioria das pessoas. De alguma forma, parece mais fantasia.

No entanto, hoje o crescimento de novos órgãos é a realidade mais objetiva, tal como os primeiros pacientes cujas vidas foram salvas graças às mais singulares operações de transplante de órgãos. E gostaria de dizer com orgulho que esta investigação pioneira no campo da medicina regenerativa está a ser realizada aqui em Kuban.

Gostaria de contar a história de uma pessoa que teve a sorte de receber todas as informações em primeira mão, sem cortes, que é o que estamos fazendo.

Paolo Macchiarini não é apenas um nome italiano. Este homem é um verdadeiro italiano, com o temperamento e a emotividade inerentes à sua nacionalidade. Expressando a sua admiração, exclama com alegria: “Fantástico!!!”, passando imediatamente para um grito desesperado: “Estão à espera que eu morra!!!”, mencionando colegas que se sentem incomodados com a superioridade deste pessoa, e ainda continuar a partilhar abnegadamente as perspectivas dos últimos desenvolvimentos que dão esperança para salvar novas vidas humanas.

Como participante na conferência de Sochi “Genética do Envelhecimento e da Longevidade”, que contou com a presença dos mais renomados especialistas da área de todo o mundo, Paolo Macchiarini encontrou-se numa posição mais vantajosa, porque não teve que superar o cordões, apesar de ser um especialista à escala universal.

Há vários anos, esse homem é chefe do Centro de Medicina Regenerativa da Universidade Médica de Kuban. A fim de obter o consentimento do professor Macchiarini para trabalhar em Krasnodar, o governo russo destinou 150 milhões de rublos para a criação do centro.

O professor observa com gratidão que trabalhando em nosso país não precisa buscar oportunidades para resolver problemas financeiros e usa ao máximo todo o seu tempo e talento para salvar a vida das pessoas.

Como os órgãos são criados para transplante

Paolo Macchiarini é o autor e desenvolvedor da tecnologia inovadora para o cultivo da traqueia, que, de fato, é o orgulho e a maior conquista da medicina regenerativa. Em 2008, pela primeira vez na história da humanidade, ele realizou uma operação para transplantar uma traqueia em um paciente, cultivada a partir de suas próprias células-tronco em uma estrutura de doador em um biorreator. Um ano depois, uma operação fenomenal foi realizada quando o órgão foi cultivado dentro do corpo do paciente sem o uso de um biorreator. Em 2011, o professor Macchiarini realizou uma operação inédita para transplantar um órgão humano criado inteiramente em laboratório em uma moldura artificial, quando não eram utilizados órgãos de doadores.

A primeira visita de Macchiarini à Rússia ocorreu em 2010. A Science for Life Extension Foundation o convidou para ministrar uma master class sobre medicina regenerativa. No mesmo ano, o professor Macchiarini, pela primeira vez na Rússia, realizou um transplante de traqueia em uma jovem que se feriu em um acidente de carro e perdeu a capacidade de falar e respirar normalmente. A paciente recuperou a saúde e o médico italiano continuou a desenvolver a medicina regenerativa no nosso país, introduzindo constantemente algo avançado. Por exemplo, uma parte da laringe foi transplantada para uma pessoa junto com uma traqueia cultivada artificialmente.

- É difícil imaginar como um órgão pode se reproduzir de forma autônoma, na ausência de uma pessoa?

- Em geral, isso não pode ser feito. Tendo as células de um adulto, não será possível cultivar um órgão inteiro sem um órgão doador ou uma estrutura artificial.

Como aconteceu o processo de preparação do material quando tudo começou? Recebeu um órgão doado. O doador pode ser uma pessoa ou um animal, geralmente um porco. Este órgão foi baixado para uma solução especial onde o tecido muscular se dissolveu, libertando-o do material genético. Como resultado, restou apenas uma estrutura de tecido conjuntivo. Cada órgão possui uma estrutura que lhe permite manter sua forma, a chamada matriz extracelular. Embora a estrutura de um órgão retirado de um porco obtido desta forma não entre em conflito com o sistema imunológico humano, existe, no entanto, o perigo de penetração acidental de algum vírus, e para os muçulmanos esta opção não é aceitável por razões religiosas. Portanto, um órgão retirado de uma pessoa falecida era mais adequado para a obtenção de uma moldura.

Em 2011, foi introduzida a mais recente tecnologia para a criação de uma moldura artificial, o que permite, em princípio, prescindir de doadores. Essa moldura é um tubo feito de acordo com as dimensões individuais do órgão do paciente, feito de material nanocompósito elástico e plástico. Este é um salto colossal em frente. Ao obter uma moldura artificial, não há necessidade de doadores, e todas as questões de bioética são imediatamente afastadas, principalmente quando se trata de crianças.

- Mas um tubo não é um órgão. Como reanimá-lo e fazê-lo funcionar?

- Existe um biorreator para esses fins.

- Algo como uma bioimpressora?

- Usando uma bioimpressora, você pode produzir tecidos ou vasos sanguíneos simples, mas não órgãos complexos. O biorreator é projetado para a reprodução e crescimento de células, para isso são mantidas condições ideais. As células do biorreator recebem nutrição, têm a capacidade de respirar e de lá são removidos produtos metabólicos. As próprias células do paciente são isoladas da medula óssea do paciente e semeadas na estrutura. As células-tronco desse tipo são capazes de se transformar em células especiais dos órgãos necessários. Em dois dias, o quadro fica repleto dessas células e, então, agindo sobre elas de certa forma, as células se transformam em células traqueais. O órgão está pronto para transplante e, por ser cultivado a partir das células do próprio paciente, não é rejeitado pelo organismo.

- Mas você não pretende parar só na traquéia?

- Atualmente estão em andamento trabalhos para estudar o esôfago e o diafragma em animais criados em laboratório. Em seguida, está planejado, em conjunto com o Texas Institute, desenvolver um coração funcional pela primeira vez no mundo.

Na região de Krasnodar existe um viveiro especial de macacos destinado à pesquisa médica. É neles que está previsto testar o primeiro coração sintético. Considerando que na Rússia muitos problemas são resolvidos com muito mais facilidade do que no Ocidente ou nos Estados Unidos, há grande confiança de que a Rússia se tornará o berço do primeiro coração humano cultivado em laboratório.

- Quais órgãos são mais procurados?

- Não há limite para a perfeição e a estupidez humana. De que outra forma alguém deveria reagir ao pedido de algum presidente de uma sociedade homossexual para lhe fornecer um pênis?

- Dois pênis - isso é um pensamento!

- Sim, o fato é que não eram apenas dois, por algum motivo não havia nem um. É que não sou bom com pênis. Aliás, também não pude ajudar com o útero. Afinal, as pessoas são atormentadas não apenas por doenças, mas todo tipo de ideias malucas também as impedem de viver em paz.

Nosso centro não trabalha com essas novas tendências. O que tentaram foi fazer crescer testículos, porque esse problema é muito relevante devido ao grande número de crianças que são diagnosticadas com câncer testicular ou apresentam anomalias congênitas. No entanto, as células-tronco não puderam ser convertidas em células testiculares e a pesquisa foi inconclusiva.

Naturalmente, os principais esforços do nosso centro visam o cultivo daqueles órgãos cujo transplante ajudará a salvar o máximo de pessoas. No momento, um dos projetos mais urgentes é o cultivo de um diafragma. Milhares de crianças nascem sem este órgão e, portanto, morrem.

- Quais órgãos são mais difíceis de crescer?

- As coisas mais difíceis são com o coração, os rins e o fígado, e não porque sejam difíceis de crescer. Hoje quase todos os órgãos podem ser cultivados, mas ainda é uma questão como fazê-los funcionar corretamente e produzir as substâncias necessárias ao corpo. Os órgãos artificiais param de funcionar após algumas horas. Não conhecemos bem o princípio de seu funcionamento, essa é a razão.

Mas é bem possível que as células-tronco possam ser usadas para restaurar o funcionamento de órgãos que necessitam de transplante. Lançar os processos internos de regeneração do corpo. Hoje este é o meu sonho mais acalentado e, se esta ideia fantástica se concretizar, não haverá mais necessidade de cirurgias nem de cultivo de órgãos, porque todas as pessoas possuem células estaminais.

- Quanto tempo leva para criar um órgão sintético?

- O tempo é proporcional à complexidade do órgão. Para a traqueia bastam quatro dias, para o coração são três semanas.

- É possível desenvolver um cérebro?

- Tenho essas intenções no futuro.

- Afinal, o cérebro possui inúmeras conexões entre os neurônios. O que fazer com eles?

- Não é tão complicado, basta olhar o problema de um ângulo diferente. O cérebro não pode ser completamente substituído, e não há dúvida disso. Mas, se uma pessoa sofrer um ferimento na cabeça, parte do cérebro será danificada, mas a pessoa permanecerá viva. Essa parte ociosa do cérebro precisa ser substituída por um substrato projetado para provocar o crescimento dos neurônios, atraindo-os de outras partes do cérebro. Depois de algum tempo, a parte afetada do cérebro começará gradualmente a funcionar e a adquirir conexões. Quantas pessoas poderiam ser salvas dos problemas!

Sonhos e decepções

- Como seus colegas reagem aos seus sucessos?

- Este é um assunto difícil e é triste falar sobre isso. Quando uma pessoa faz algo que ninguém no mundo jamais fez, problemas sempre a aguardam. Muito tempo deve passar antes que algo feito comece a ser percebido adequadamente pela primeira vez. Diante disso, todos tendem a criticar, e de forma bastante dura, às vezes considerando minhas ações quase uma loucura. Muitas vezes as pessoas têm muita inveja do sucesso dos seus colegas: atacaram-me, tentaram criar condições de trabalho insuportáveis, por vezes utilizando métodos muito sujos.

- O que cria as maiores dificuldades na sua vida pessoal e nas atividades profissionais?

- Se tirar minha vida pessoal, ela simplesmente não existe. O trabalho não é a coisa mais difícil. É mais difícil lidar com os constantes ataques dos colegas e com o seu ciúme irreprimível. A falta de respeito básico e de relações puramente humanas é imensamente deprimente. Parece que não há nada no mundo exceto competição. Publiquei dezenas de artigos em revistas científicas, mas parece que ninguém os lê, continuando a declarar a falta de evidências para os nossos resultados. Todos ao redor estão inclinados a criticar absolutamente qualquer motivo.

É esse ciúme que cria as principais dificuldades para mim. Constantemente sinto uma pressão selvagem de todos os lados. Obviamente, este é o destino de todos os pioneiros. Mas sei que salvaremos vidas de pessoas e estou pronto para resistir a qualquer ataque por isso.

- Você tem um sonho?

- Quanto à minha vida pessoal, sonho em pegar meu querido cachorro, entrar em um barco e navegar até uma ilha deserta para que nada me lembre deste mundo. Quanto ao trabalho, sonho em salvar pessoas sem recorrer à cirurgia, mas apenas com terapia celular. Isso seria realmente fantástico!

- Quando a tecnologia de criação de órgãos artificiais estará disponível para a maioria da população dos países desenvolvidos?

- Quanto à traqueia, a tecnologia de cultivo desse órgão está praticamente aperfeiçoada. Se os ensaios clínicos em Kuban continuarem, em alguns anos serão coletados fatos suficientes para provar a segurança e a eficácia dos métodos que desenvolvemos, e eles começarão a ser usados ​​em todos os lugares. Muito depende do número de pacientes e de uma série de outros fatores. Continuarei os desenvolvimentos relacionados ao crescimento do diafragma, do esôfago e do coração. Espero que na Rússia tudo corra muito mais rápido, então tenha um pouco de paciência e logo você descobrirá tudo por si mesmo.

Como resultado de quatro competições destinadas a atrair cientistas famosos de classe mundial para universidades russas, 163 especialistas estrangeiros e nacionais ganharam mega-bolsas alocadas pelo governo russo.

Os avanços na biologia e na medicina na história recente aumentaram significativamente a esperança média de vida e livraram o mundo da Espada de Dâmocles de muitas doenças mortais. Mas nem todas as doenças foram derrotadas, e a vida de uma pessoa, especialmente uma pessoa ativa, ainda nos parece muito curta. A ciência nos dará a chance de dar o próximo salto?

Pele nova Um técnico de laboratório retira de uma banheira uma tira de epiderme cultivada artificialmente. O tecido foi criado no Instituto Dermatológico da cidade italiana de Pomezia, na Itália, sob a direção da professora Michele De Luca.

Oleg Makarov

Há razões para otimismo, é claro. Hoje em dia, surgiram diversas direções na ciência que poderão, num futuro próximo ou distante, tornar possível transformar o Homo sapiens em uma construção de pensamento mais durável e confiável. A primeira é a criação de “suportes” eletromecânicos para um corpo enfermo. Estamos falando de membros protéticos biônicos robóticos que reproduzem de forma confiável a locomoção humana, ou mesmo de exoesqueletos inteiros que podem dar a alegria do movimento aos paralisados.

O crescimento do tecido nervoso é o mais difícil devido à variedade de tipos de células que o compõem e à sua complexa organização espacial. No entanto, hoje existe uma experiência bem-sucedida no cultivo de adenohipófise de camundongos a partir de um aglomerado de células-tronco.

Esses produtos engenhosos serão complementados por uma interface neuromáquina, que permitirá a leitura de comandos diretamente das partes correspondentes do cérebro. Já foram criados protótipos funcionais desses dispositivos, agora o principal é melhorá-los e reduzir gradativamente seu custo.

A segunda direção pode ser considerada a pesquisa de processos genéticos e outros processos microbiológicos que causam o envelhecimento. O conhecimento destes processos, talvez no futuro, permitirá retardar o declínio do corpo e prolongar a vida ativa para além de um século, e possivelmente mais.

A busca está sendo realizada em diversas direções. Um deles é o olho biônico: uma câmera eletrônica mais um chip implantado na retina. Também houve alguns sucessos no crescimento de retinas (até agora em ratos).

E, finalmente, a terceira direção inclui pesquisas no campo da criação de peças de reposição genuínas para o corpo humano - tecidos e órgãos que não são estrutural e funcionalmente muito diferentes dos naturais e permitirão o “reparo” oportuno do corpo afetado por uma doença grave. ou alterações relacionadas à idade. Notícias de novos passos nesta área chegam hoje quase diariamente.

Comece a imprimir

A tecnologia básica do cultivo de órgãos, ou engenharia de tecidos, é o uso de células-tronco embrionárias para produzir células especializadas de um determinado tecido, por exemplo, hepatócitos - células do parênquima (ambiente interno) do fígado. Essas células são então colocadas dentro de uma estrutura de tecido conjuntivo intercelular que consiste principalmente na proteína colágeno.

Junto com a criação de próteses eletromecânicas, está em andamento a busca por um implante mais natural que combine tecido muscular cardíaco crescido com um sistema de controle nanoeletrônico.

Isso garante que todo o volume do órgão em crescimento seja preenchido com células. Uma matriz de colágeno pode ser obtida purificando o tecido biológico do doador a partir de células ou, o que é muito mais simples e conveniente, criando-o artificialmente a partir de polímeros biodegradáveis ​​ou cerâmicas especiais no caso do osso. Além das células, nutrientes e fatores de crescimento são introduzidos na matriz, após o que as células formam um único órgão ou uma espécie de “remendo” destinado a substituir a parte afetada.

É verdade que o cultivo artificial de fígado, pulmão e outros órgãos vitais para transplante humano é atualmente inatingível; em casos mais simples, esta técnica é utilizada com sucesso. Há um caso conhecido de transplante de traqueia cultivada para um paciente, realizado no Centro Russo de Pesquisa em Cirurgia que leva seu nome. BV Petrovsky sob a orientação do professor italiano P. Macchiarini. Nesse caso, tomou-se como base a traquéia do doador, que foi cuidadosamente limpa de células. Em seu lugar, foram injetadas células-tronco retiradas da medula óssea do próprio paciente. Ali também foram colocados fatores de crescimento e fragmentos da membrana mucosa - também foram emprestados da traqueia danificada de uma mulher que precisava ser salva.

Experimentos bem-sucedidos foram realizados na implantação de um pulmão cultivado em uma matriz doadora purificada de células em um rato.

Células indiferenciadas sob tais condições deram origem a células epiteliais respiratórias. O órgão cultivado foi implantado no paciente e medidas especiais foram tomadas para fazer crescer o implante com vasos sanguíneos e restaurar a circulação sanguínea.

Porém, já existe um método de cultivo de tecidos sem a utilização de matrizes de origem artificial ou biológica. O método foi incorporado em um dispositivo conhecido como bioimpressora. Hoje em dia, as bioimpressoras estão “fora da era” dos protótipos e estão surgindo modelos em pequena escala. Por exemplo, o dispositivo Organovo é capaz de imprimir fragmentos de tecido contendo 20 ou mais camadas celulares (incluindo células de diferentes tipos), unidas por tecido intercelular e uma rede de capilares sanguíneos.

O cultivo de um fígado artificial completo ainda está muito longe, mas fragmentos de tecido hepático humano já foram obtidos através do cultivo em uma matriz de polímeros biodegradáveis. Esses implantes podem ajudar a restaurar as áreas afetadas.

O tecido conjuntivo e as células são montados usando a mesma tecnologia usada na impressão 3D: uma cabeça móvel, posicionada com precisão de mícrons em uma rede de coordenadas 3D, “cospe” gotículas contendo células ou colágeno e outras substâncias até o ponto desejado. Vários fabricantes de bioimpressoras relataram que seus dispositivos já são capazes de imprimir fragmentos de pele de animais experimentais, bem como elementos de tecido renal. Além disso, como resultado, foi possível obter a disposição correta de células de diferentes tipos entre si. É verdade que a era em que os impressores nas clínicas serão capazes de criar órgãos para diversos fins e grandes volumes terá que esperar.

Cérebro para substituição

O desenvolvimento do tema das peças de reposição para humanos nos leva inevitavelmente ao tema mais íntimo - o que torna uma pessoa humana. A substituição do cérebro é talvez a ideia mais fantástica em relação à imortalidade potencial. O problema, como você pode imaginar, é que o cérebro parece ser o objeto material mais complexo conhecido pela humanidade no universo. E talvez um dos mais incompreensíveis. Sabe-se em que consiste, mas muito pouco se sabe sobre como funciona.

Nova pele. Um técnico de laboratório retira da banheira uma tira de epiderme cultivada artificialmente. O tecido foi criado no Instituto Dermatológico de Pomezia, Itália, sob a direção da professora Michele De Luca.

Assim, se o cérebro pode ser recriado como uma coleção de neurônios que estabelecem conexões entre si, ainda precisamos descobrir como colocar nele todas as informações de que uma pessoa precisa. Caso contrário, na melhor das hipóteses, teremos um adulto com a “massa cinzenta” de um bebé. Apesar da natureza superfantástica do objetivo final, a ciência está trabalhando ativamente no problema da regeneração do tecido nervoso. No final, o objetivo pode ser mais modesto – por exemplo, restaurar uma parte do cérebro destruída em consequência de uma lesão ou doença grave.

O problema da regeneração artificial do tecido cerebral é agravado pelo facto de o cérebro ser altamente heterogéneo: contém muitos tipos de células nervosas, em particular neurónios inibitórios e excitatórios e neuroglia (literalmente “cola nervosa”) - uma colecção de células auxiliares de o sistema nervoso. Além disso, diferentes tipos de células estão dispostos de maneira específica no espaço tridimensional, e esse arranjo deve ser reproduzido.

Este é o caso quando as tecnologias de cultivo de tecidos já estão a funcionar na medicina e a salvar vidas de pessoas. Existem casos conhecidos de implantação bem-sucedida de uma traqueia cultivada em uma matriz doadora a partir de células da medula espinhal do paciente.

Chip nervoso

Num dos laboratórios do famoso Massachusetts Institute of Technology, conhecido pelos seus desenvolvimentos na área da tecnologia da informação, abordaram a criação de tecido nervoso artificial “de forma informática”, utilizando elementos da tecnologia de fabricação de microchips.

Pesquisadores em Boston pegaram uma mistura de células nervosas obtidas do córtex primário de ratos e aplicaram-nas em finas folhas de hidrogel. As placas formavam uma espécie de sanduíche, e agora a tarefa era isolar dela blocos individuais com uma determinada estrutura espacial. Tendo recebido esses blocos transparentes, os cientistas pretendiam estudar os processos de formação de conexões neurais dentro de cada um deles.

A tecnologia de transplante de bexiga humana cultivada sobre matriz de colágeno de bexiga ou intestino delgado de origem animal já foi criada e tem prática positiva.

O problema foi resolvido com fotolitografia. Máscaras plásticas foram colocadas sobre as camadas de hidrogel, o que permitiu que a luz atingisse apenas determinadas áreas, “soldando-as”. Desta forma, foi possível obter composições de material celular de diversos tamanhos e espessuras. O estudo desses blocos de construção poderia eventualmente levar à criação de pedaços significativos de tecido neural para uso em implantes.

Se os engenheiros do MIT abordam o estudo e a reconstrução do tecido nervoso em um estilo de engenharia, ou seja, formando mecanicamente as estruturas necessárias, então, no Centro RIKEN de Biologia do Desenvolvimento, na cidade japonesa de Kobe, cientistas sob a liderança do professor Yoshiki Sasai estão tateando para outro caminho - evo-devo, o caminho da evolução do desenvolvimento. Se as células-tronco pluripotentes de um embrião podem, ao se dividir, criar estruturas auto-organizadas de células especializadas (isto é, vários órgãos e tecidos), então é possível, tendo compreendido as leis de tal desenvolvimento, direcionar o trabalho das células-tronco criar implantes com formas naturais?

Muito progresso foi feito no crescimento de ossos e cartilagens em matrizes, mas a restauração do tecido neural da medula espinhal é uma questão do futuro.

E aqui está a principal questão que os biólogos japoneses pretendiam responder: até que ponto o desenvolvimento de células específicas depende de fatores externos (por exemplo, do contato com tecidos vizinhos) e até que ponto o programa está “programado” dentro das células-tronco eles mesmos. A pesquisa mostrou que é possível desenvolver um determinado elemento especializado do corpo a partir de um grupo isolado de células-tronco, embora fatores externos desempenhem um certo papel - por exemplo, certos sinais indutores químicos são necessários para forçar o desenvolvimento das células-tronco, digamos. , exatamente como o tecido nervoso. E para isso não serão necessárias estruturas de suporte que devam ser preenchidas com células - as próprias formas surgirão no processo de desenvolvimento, durante a divisão celular.

Em um novo corpo

A questão do transplante de cérebro, visto que o cérebro é a sede da inteligência e do próprio “eu” humano, essencialmente não faz sentido, pois se o cérebro for destruído, é impossível recriar a personalidade (a menos que com o tempo eles aprendam fazer “cópias de segurança” da consciência). A única coisa que poderia fazer sentido é um transplante de cabeça, ou melhor, um transplante de corpo para uma cabeça que tem problemas com o corpo. No entanto, se for impossível, no nível da medicina moderna, restaurar a medula espinhal, o corpo com uma nova cabeça permanecerá paralisado. É verdade que, à medida que a engenharia de tecidos se desenvolve, é possível que o tecido nervoso da medula espinhal possa ser restaurado com células-tronco. Durante a operação, o cérebro terá que ser resfriado rapidamente para evitar a morte dos neurônios.

Usando o método patenteado de Sasai, os japoneses conseguiram fazer crescer estruturas tridimensionais de tecido nervoso, a primeira delas foi a retina do olho (o chamado copo óptico), obtida a partir de células-tronco embrionárias de camundongos, que consistiam em células funcionalmente diferentes tipos de células. Eles foram localizados como a natureza dita. A próxima conquista foi a adenohipófise, que não apenas replica a estrutura da natural, mas também libera os hormônios necessários quando transplantada para um camundongo.

É claro que ainda estamos muito, muito longe de implantes totalmente funcionais de tecido nervoso e, mais ainda, de partes do cérebro humano. No entanto, os sucessos da regeneração artificial de tecidos usando tecnologias de evolução do desenvolvimento indicam o caminho que toda a medicina regenerativa seguirá: de próteses “inteligentes” - a implantes compósitos, nos quais estruturas espaciais prontas são “brotadas” com material celular, e ainda - ao crescimento de peças de reposição para humanos de acordo com as mesmas leis pelas quais elas se desenvolvem em condições naturais.