Пропеллер в сердце
При инфаркте миокарда дорога каждая секунда. Врачи должны действовать максимально быстро для того, чтобы стабилизировать состояние пациента и предотвратить дальнейшее поражение сердца. Во многих случаях это требует сложного и травматичного хирургического вмешательства – имплантации левожелудочкового аппарата вспомогательного кровообращения, помогающего ослабленному миокарду перекачивать кровь по сосудам.
Исследователи государственного университета Пенсильвании разработали новое устройство, которое позволит части пациентов избежать подобных операций. Крошечный сердечный насос для чрезкожного введения Heartmat, ширина которого составляет 6 мм, вводится в бедренную артерию, по которой его перемещают в левый желудочек, где он поддерживает кровоток, давая сердцу возможность быстро восстановиться. Недавно это устройство получило одобрение для клинического применения в Европе и в настоящее время проходит клинические исследования в США для получения одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA).
Руководитель разработчиков Роберт Кунц (Robert Kunz) не имеет отношения к хирургии, а является специалистов в области аэрокосмической инженерии, на первый взгляд никак не связанной с биомедицинскими разработками. Однако фактически кровяной насос по своей сути является миниатюрным пропеллером, при разработке которого авторы руководствовались принципами, по которым разрабатываются пропеллеры для подводных лодок и торпед.
Многопрофильная группа исследователей, в которую входят инженеры, а также специалисты по гидродинамике, материаловедению и строительной механике, еще в 2004 году начала работу над прототипом насоса и моделью сердца, необходимой для оценки производительности наноса.
Насос состоит из крошечного быстро вращающегося винта, лопасти которого имеют консистенцию ластика и могут складываться таким образом, что помещаются внутри сжимающегося катетера, диаметр которого составляет 3 мм. В то же время они настолько прочны, что могут перекачивать более чем 4 литра крови в минуту с приростом давления в одну десятую атмосферы, что соответствует мощности сердца здорового мужчины. Кунц поясняет, что после попадания введенного в бедренную артерию насоса в сердце врач тянет за тросик управления, в результате чего насос выходит из катетера, разворачивается, увеличиваясь до 6 мм в диаметре, и начинает вращаться.
Благодаря небольшому диаметру он может вращаться с очень высокой скоростью, достигающей почти 20 000 оборотов в минуту. Это представляет собой потенциальную проблему, так как помещение быстро вращающегося винта в относительно медленно текущую кровь может привести к разрушению хрупких эритроцитов – клеток, обеспечивающих транспортировке кислорода и углекислого газа по организму. Эта проблема была решена с помощью метода «проб и ошибок» и в результате авторам удалось получить оптимальную комбинацию формы лопастей и скорости их вращения, обеспечивающую сохранность эритроцитов.
Галерея: пропеллер в сердце
Сердечный насос для чрезкожного введения с моделью левого желудочка человеческого сердца.
Лопасти «пропеллера», окрашенные в голубой цвет, вращаются внутри сетчатой трубки или катетера, диаметр которой сужается до 3 мм для перемещения по кровеносным сосудам. Когда устройство попадает в сердце, трубка и лопасти расширяются и пропеллер начинает вращаться, обеспечивая движение крови через систему, что снижает нагрузку на поврежденный миокард.
Новый сердечный насос напоминает винт подводной лодки. Его лопасти разработаны таким образом, чтобы при вращении со скоростью около 20 000 оборотов в минуту они не повреждали эритроциты.
Рентгенограмма грудной клетки пациента с имплантированным сердечным насосом. Темная изогнутая структура – кабель питания устройства.
Исследователи считают, что конечный продукт их работы позволит спасти огромное количество людей, перенесших инфаркт миокарда. Он сможет временно брать на себя функцию сердечной мышцы, предоставляя пациентам возможность дождаться хирургического вмешательства или, в наиболее легких случаях, обеспечивая возможность самостоятельного восстановления функции сердца.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Pennsylvania State University: In a Heartbeat.
26.09.2016