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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
人間の人工臓器。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 現代の医療技術により、完全または部分的に病気の人間の臓器を置き換えることができます。 電子心臓ペースメーカー、難聴者のための音声増幅装置、特殊なプラスチック製のレンズ - これらは、医療におけるテクノロジーの使用のほんの一例です。 人体の生体電流に反応する小型電源によって駆動されるバイオプロテーゼも普及しつつあります。
心臓、肺、腎臓などの最も複雑な手術の際、手術の機能を担う「人工循環器」、「人工肺」、「人工心臓」、「人工腎臓」は、医師にかけがえのない支援を提供します。オルガンは、しばらく作業を中断してください。 「人工肺」は、40分間に50～XNUMX回の頻度で空気を少しずつ送る脈動ポンプです。 通常のピストンはこれには適していません。摩擦部分の材料の粒子またはシールが空気の流れに入る可能性があります。 ここおよび他の同様のデバイスでは、波形の金属またはプラスチック製のベローズが使用されています-ベローズ。 浄化され、必要な温度にされた空気は、気管支に直接供給されます。 「人工心肺」も同様です。 そのホースは外科的に血管に接続されています。 心臓の機能を機械的アナログに置き換える最初の試みは、1812 年に行われました。 しかし、これまで多くの製造されたデバイスの中で、完全に満足できる医師はいませんでした。 国内の科学者やデザイナーは、「検索」という一般名で多くのモデルを開発してきました。 これは、同所性の位置に移植するために設計されたXNUMX腔嚢型心室プロテーゼです。 モデルは左半分と右半分を区別し、それぞれが人工心室と人工心室で構成されています。 人工心室の構成要素は、本体、作業室、入口弁と出口弁です。 心室ハウジングはシリコーンゴムを積層して作られています。 マトリックスを液体ポリマーに浸し、取り出して乾燥させます。マトリックスの表面に多層の心臓肉ができるまで、何度も何度も繰り返します。 作業室は本体と同様の形状です。 それはラテックスゴムから作られ、次にシリコーンから作られました。 作業室の設計上の特徴は、アクティブセクションとパッシブセクションが区別される異なる壁の厚さです。 この設計は、アクティブセクションが完全に緊張していても、チャンバーの作業面の反対側の壁が互いに接触しないように設計されているため、血球の損傷がなくなります。 ロシアのデザイナー、アレクサンドル・ドロビシェフは、あらゆる困難にもかかわらず、外国のモデルよりもはるかに安価な新しいモダンなポイスクのデザインを作成し続けています. 今日の最高の外国システムの400つ「人工心臓」「ノバコール」の価格はXNUMX万ドルです。 彼女と一緒に、あなたは一年中家で手術を待つことができます。 「Novakor」スーツケースには XNUMX つのプラスチック製の脳室があります。 別のトロリーには、外部サービスがあります。制御コンピューター、制御モニターは、医師の前の診療所に残ります。 患者と一緒に家にいる - 電源、交換され、主電源から再充電される充電式バッテリー。 患者のタスクは、バッテリーの充電を示すランプの緑色のインジケーターに従うことです。 デバイス「人工腎臓」はかなり長い間機能しており、医師によってうまく使用されています。 1837年にさかのぼると、半透膜を通る溶液の移動のプロセスを研究しているときに、T. Grechenが最初に「透析」という用語を使用し、使用しました（ギリシャ語の透析 - 分離から）。 しかし、1912年になって初めて、この方法に基づいて装置が米国で建設され、その作成者が実験で動物の血液からサリチル酸を除去するのに役立ちました. 彼らが「人工腎臓」と呼んだ装置では、動物の血液が流れる半透膜としてコロジオンチューブが使用され、外側は等張塩化ナトリウム溶液で洗浄されました。 しかし、J.アベルが使用したコロジオンはかなり壊れやすい材料であることが判明し、後に他の著者は、鳥の腸、魚の浮き袋、子牛の腹膜、葦、紙など、透析用の他の材料を試しました。 . 血液凝固を防ぐために、医療用ヒルの唾液腺の分泌物に含まれるポリペプチドであるヒルジンが使用されました。 これらの XNUMX つの発見は、その後の腎外洗浄の分野におけるすべての開発の原型となりました。 この分野での改善が何であれ、原則は変わりません。 いずれにせよ、「人工腎臓」には、片側に血液が流れる半透膜と、反対側にある生理食塩水という要素が含まれています。 血液凝固を防ぐために、抗凝固剤が使用されます - 血液凝固を減少させる薬用物質。 この場合、イオン、尿素、クレアチニン、グルコースなどの分子量の小さい物質の低分子化合物の濃度が均一化されます。 膜の多孔性が増加すると、高分子量の物質の移動が発生します。 このプロセスに血液側からの過剰な静水圧または洗浄液側からの負圧を加えると、移動プロセスには水の移動 - 対流物質移動が伴います。 浸透圧はまた、透析液に浸透活性物質を添加することによって水を移動するために使用することができます。 ほとんどの場合、グルコースがこの目的に使用されましたが、フルクトースや他の糖はあまり使用されず、他の化学起源の製品はさらにまれでした. 同時に、グルコースを大量に導入することで、非常に顕著な脱水効果を得ることができますが、合併症の可能性があるため、透析液中のグルコース濃度を特定の値以上に高めることはお勧めできません. 最後に、膜フラッシング溶液（透析液）を完全に放棄し、血液の液体部分の膜を介して出口を得ることができます：水と広範囲の分子量を持つ物質。 1925 年、J. ハースは最初の人間の透析を実施し、1928 年にはヒルジンの長期使用が毒性作用と関連しており、血液凝固への影響そのものが不安定だったため、ヘパリンも使用しました。 ヘパリンは、1926 年に H. Nehels と R. Lim による実験で初めて透析に使用されました。 上記の材料は半透膜を作成するための基礎としてはほとんど役に立たないことが判明したため、他の材料の検索が続けられ、1938 年にセロファンが血液透析に初めて使用され、その後も半透膜の主要な原料であり続けました。長い間半透膜の生産。 幅広い臨床使用に適した最初の「人工腎臓」デバイスは、1943年にW.コルフとH.バークによって作成されました。 その後、これらのデバイスが改善されました。 同時に、この分野での技術的思考の発達は、最初はダイアライザーの変更に大きな影響を及ぼし、最近になってようやくデバイス自体に大きな影響を及ぼし始めました。 その結果、セロハンチューブを使用したいわゆるコイルダイアライザーと、平膜を使用したプレーンパラレルダイアライザーのXNUMXつの主なタイプのダイアライザーが登場しました。 1960 年に、F. キールは、ポリプロピレン プレートを使用した平行平面ダイアライザーの非常に成功したバージョンを設計し、何年にもわたって、このタイプのダイアライザーとその改良版が世界中に広がり、他のすべてのタイプの中で主導的な地位を占めました。ダイアライザーの。 次に、より効率的な血液透析装置を作成し、血液透析の技術を簡素化するプロセスは、XNUMXつの主な方向で開発されました。使い捨て透析器が時間の経過とともに支配的な位置を占めるダイアライザー自体の設計と、半透膜としての新しい材料の使用です。 。 ダイアライザーは「人工腎臓」の心臓部であるため、化学者とエンジニアの主な努力は、装置全体の複雑なシステムにおけるこの特定のリンクを改善することを常に目的としてきました。 しかし、技術思想は装置自体を軽視したわけではありません。 1960年代に、いわゆる中央システム、つまり「人工腎臓」装置を使用するという考えが生まれました。この装置では、透析液が濃縮物（塩の混合物であり、その濃度は30〜34倍高い）から調製されました。患者の血中濃度。 「排出」透析と再循環技術の組み合わせは、多くの「人工腎臓」マシンで使用されています。たとえば、アメリカの企業であるトラベノール社によって使用されています。 この場合、約 8 リットルの透析液が、透析器が置かれた別の容器に高速で循環し、250 分ごとに XNUMX ミリリットルの新しい溶液が追加され、同量が下水道に投入されました。 当初、血液透析には単純な水道水が使用されていましたが、特に微生物による汚染のため、蒸留水を使用しようとしましたが、これは非常に高価で非効率的であることが判明しました。 この問題は、水道水の調製のための特別なシステムを作成した後、根本的に解決されました。これには、機械的不純物、鉄とその酸化物、シリコンおよびその他の元素から精製するためのフィルター、水の硬度を排除するためのイオン交換樹脂、およびいわゆる「逆」浸透。 「人工腎臓」装置の監視システムを改善するために多くの努力が費やされてきました。 そのため、透析液の温度を常に監視することに加えて、特別なセンサーを使用して透析液の化学組成を常に監視し始め、塩濃度の低下とともに変化する透析液の全体的な電気伝導率に焦点を当て、の増加とともに増加します。 その後、イオン濃度を常に監視する「人工腎臓」装置にイオン選択式流量センサーが使用されるようになりました。 一方、コンピューターは、不足している要素を追加の容器から導入することでプロセスを制御したり、フィードバック原理を使用してそれらの比率を変更したりすることを可能にしました。 透析中の限外濾過の値は、膜の品質だけでなく、すべての場合において膜貫通圧力が決定的な要因であるため、圧力センサーはモニターで広く使用されるようになりました: 透析液の希釈度、入口での圧力値そしてダイアライザーの出口。 コンピュータを使用した最新のテクノロジーにより、限外ろ過プロセスをプログラムすることが可能になりました。 ダイアライザーを出ると、血液はエアトラップを通って患者の静脈に入ります。これにより、おおよその血流量、血液が凝固する傾向を目で判断することができます。 空気塞栓症を防ぐために、これらのトラップにはエアダクトが装備されており、その助けを借りて、トラップ内の血液レベルを調整します。 現在、多くの装置では、超音波または光電検出器がエア トラップに取り付けられており、トラップ内の血液レベルが所定のレベルを下回ると、自動的に静脈ラインが遮断されます。 最近、科学者たちは、完全にまたは部分的に視力を失った人々を助ける装置を作成しました。 たとえば、ミラクル ゴーグルは、以前は軍事でのみ使用されていた技術に基づいて、研究開発製造会社のリハビリテーションによって開発されました。 ナイト サイトのように、このデバイスは赤外線ロケーションの原理に基づいて動作します。 メガネのブラック マット レンズは、実際にはプレキシガラス プレートであり、その間に小型のロケーション デバイスが含まれています。 ロケータ全体と眼鏡フレームの重量は、通常の眼鏡とほぼ同じ約 50 グラムです。 そして、それらは晴眼者用のメガネのように、厳密に個別に選択されているため、便利で美しいものになっています。 「レンズ」は直接的な機能を果たすだけでなく、目の欠陥をカバーします。 XNUMXダースのオプションから、誰もが自分に最も適したものを選択できます。 眼鏡の使用はまったく難しくありません。眼鏡をかけて電源を入れる必要があります。 彼らのエネルギー源は、たばこのパックほどの大きさのフラットバッテリーです。 ここでは、ブロック内にジェネレーターも配置されています。 それによって発せられた信号は、障害物に遭遇すると戻ってきて、「受信レンズ」によって捕捉されます。 受信したインパルスはしきい値信号と比較して増幅され、障害物がある場合はブザーがすぐに鳴ります - 人がそれに近づくほど大きくなります。 デバイスの範囲は、XNUMX つの範囲のいずれかを使用して調整できます。 電子網膜の作成に関する作業は、NASA とジョンズ ホプキンス大学のメイン センターのアメリカの専門家によって成功裏に実行されています。 最初は、まだ視力が残っている人々を助けようとしました。 「彼らのためにテレビが作られました」と S. Grigoriev と E. Rogov は Young Technician 誌に書いています。専門家によると、このようなデバイスは特別な奇跡を起こすわけではなく、視覚障害者を盲目にすることもありませんが、人がまだ持っている視覚能力を最大限に活用し、オリエンテーションを容易にします。 たとえば、人の網膜の少なくとも一部が残っている場合、コンピューターは、少なくとも残りの周辺領域の助けを借りて環境を見ることができるように、画像を「分割」します。 開発者によると、このようなシステムは、視覚障害に苦しむ約 2,5 万人を支援します。 しかし、網膜がほぼ完全に失われている人はどうでしょうか? 彼らのために、デューク大学 (ノースカロライナ州) の眼科センターの科学者は、電子網膜を埋め込む操作を習得しています。 特殊な電極が皮膚の下に埋め込まれ、神経に接続されると、画像が脳に送信されます。 視覚障害者は、スタジアム、駅、空港に設置されている表示板と非常によく似た、個々の発光点からなる画像を見ることができます。 「スコアボード」の画像は、眼鏡フレームに取り付けられた小型テレビカメラによって再び作成されます。 そして最後に、今日の科学の最後の言葉は、最新のマイクロテクノロジーの方法を使用して、損傷した網膜に新しい敏感な中心を作成する試みです. Rost Propet 教授と彼の同僚は現在、ノースカロライナ州でそのような操作に従事しています。 NASA の専門家と協力して、眼球に直接埋め込むサブエレクトロニック網膜の最初のサンプルを作成しました。 「もちろん、私たちの患者はレンブラントの絵画を賞賛することはできません。しかし、ドアがどこにあるか、窓がどこにあるか、道路標識や看板を区別することはできます...」 著者：Musskiy S.A.
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