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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Órgãos humanos artificiais. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor A tecnologia médica moderna permite substituir órgãos humanos total ou parcialmente doentes. Um marca-passo cardíaco eletrônico, um amplificador de som para surdos, uma lente feita de plástico especial - esses são apenas alguns exemplos do uso da tecnologia na medicina. Biopróteses acionadas por fontes de alimentação em miniatura que respondem a biocorrentes no corpo humano também estão se tornando mais difundidas.
Durante as operações mais complexas realizadas no coração, pulmões ou rins, uma assistência inestimável aos médicos é fornecida pelo "Aparelho Circulatório Artificial", "Pulmão Artificial", "Coração Artificial", "Rin Artificial", que assumem as funções do órgãos operados, permitem por um tempo suspender seu trabalho. "Pulmão artificial" é uma bomba pulsante que fornece ar em porções a uma frequência de 40 a 50 vezes por minuto. Um pistão comum não é adequado para isso: partículas do material de suas partes em atrito ou uma vedação podem entrar no fluxo de ar. Aqui e em outros dispositivos semelhantes, são usados foles de metal ou plástico corrugado - foles. Purificado e levado à temperatura necessária, o ar é fornecido diretamente aos brônquios. A "máquina coração-pulmão" é 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. No entanto, até agora, entre os muitos aparelhos fabricados, não há médicos completamente satisfatórios. Cientistas e designers nacionais desenvolveram vários modelos sob o nome geral "Pesquisa". Trata-se de uma prótese ventricular tipo saco de quatro câmaras projetada para ser implantada em posição ortotópica. O modelo distingue entre as metades esquerda e direita, cada uma das quais consiste em um ventrículo artificial e um átrio artificial. Os elementos constituintes do ventrículo artificial são: corpo, câmara de trabalho, válvulas de entrada e saída. A carcaça do ventrículo é feita de borracha de silicone por camadas. A matriz é imersa em um polímero líquido, removida e seca - e assim por diante, até que uma carne de coração multicamada seja criada na superfície da matriz. A câmara de trabalho é semelhante em forma ao corpo. Foi feito de borracha de látex e depois de silicone. Uma característica de design da câmara de trabalho é uma espessura de parede diferente, na qual se distinguem seções ativas e passivas. O design é projetado de tal forma que, mesmo com tensão total das seções ativas, as paredes opostas da superfície de trabalho da câmara não se tocam, o que elimina a lesão das células sanguíneas. O designer russo Alexander Drobyshev, apesar de todas as dificuldades, continua criando novos designs modernos de Poisk que serão muito mais baratos que os modelos estrangeiros. Um dos melhores sistemas estrangeiros para hoje "Coração artificial" "Novakor" custa 400 mil dólares. Com ela, você pode esperar em casa por uma operação por um ano inteiro. Há dois ventrículos de plástico na mala "Novakor". Em um carrinho separado há um serviço externo: um computador de controle, um monitor de controle, que permanece na clínica em frente aos médicos. Em casa com o paciente - uma fonte de alimentação, baterias recarregáveis que são substituídas e recarregadas na rede elétrica. A tarefa do paciente é seguir o indicador verde das lâmpadas que mostram a carga das baterias. Os dispositivos "Rin artificial" funcionam há bastante tempo e são usados com sucesso pelos médicos. Em 1837, enquanto estudava os processos de movimento de soluções através de membranas semipermeáveis, T. Grechen foi o primeiro a usar e colocar em uso o termo "diálise" (do grego diálise - separação). Mas somente em 1912, com base nesse método, um aparelho foi construído nos Estados Unidos, com a ajuda de seus autores realizaram no experimento a remoção de salicilatos do sangue de animais. No aparelho, que chamaram de "rim artificial", eram utilizados tubos de colódio como membrana semipermeável, por onde corria o sangue do animal, e por fora eram lavados com solução isotônica de cloreto de sódio. No entanto, o colódio usado por J. Abel revelou-se um material bastante frágil, e mais tarde outros autores tentaram outros materiais para diálise, como intestinos de aves, bexiga natatória de peixes, peritônio de bezerros, junco e papel . Para prevenir a coagulação do sangue, foi utilizada a hirudina, um polipeptídeo contido na secreção das glândulas salivares de uma sanguessuga medicinal. Essas duas descobertas foram o protótipo para todos os desenvolvimentos subsequentes no campo da limpeza extrarrenal. Quaisquer que sejam as melhorias nesta área, o princípio permanece o mesmo. Em qualquer caso, o "rim artificial" inclui os seguintes elementos: uma membrana semipermeável, de um lado do qual o sangue flui e do outro lado - uma solução salina. Para prevenir a coagulação do sangue, são utilizados anticoagulantes - substâncias medicinais que reduzem a coagulação do sangue. Nesse caso, as concentrações de compostos de baixo peso molecular de íons, uréia, creatinina, glicose e outras substâncias com baixo peso molecular são equalizadas. Com o aumento da porosidade da membrana, ocorre o movimento de substâncias com maior peso molecular. Se adicionarmos a este processo um excesso de pressão hidrostática do lado do sangue ou uma pressão negativa do lado da solução de lavagem, o processo de transferência será acompanhado pelo movimento de transferência de massa água - convecção. A pressão osmótica também pode ser usada para transferir água pela adição de substâncias osmoticamente ativas ao dialisado. Na maioria das vezes, a glicose era usada para esse fim, menos frutose e outros açúcares e ainda mais raramente produtos de outra origem química. Ao mesmo tempo, ao introduzir glicose em grandes quantidades, pode-se obter um efeito de desidratação muito pronunciado, no entanto, aumentar a concentração de glicose no dialisado acima de certos valores não é recomendado devido à possibilidade de complicações. Finalmente, é possível abandonar completamente a solução de lavagem da membrana (dialisado) e obter uma saída pela membrana da parte líquida do sangue: água e substâncias com um peso molecular de ampla faixa. Em 1925, J. Haas realizou a primeira diálise humana e, em 1928, também usou heparina, pois o uso prolongado de hirudina estava associado a efeitos tóxicos, e seu próprio efeito sobre a coagulação sanguínea era instável. Pela primeira vez, a heparina foi usada para diálise em 1926 em um experimento de H. Nehels e R. Lim. Como os materiais listados acima se mostraram de pouca utilidade como base para a criação de membranas semipermeáveis, a busca por outros materiais continuou e, em 1938, o celofane foi usado pela primeira vez para hemodiálise, que nos anos seguintes permaneceu como principal matéria-prima para a produção de membranas semipermeáveis por um longo tempo. O primeiro dispositivo de "rim artificial" adequado para uso clínico amplo foi criado em 1943 por W. Kolff e H. Burke. Em seguida, esses dispositivos foram melhorados. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento do pensamento técnico nessa área inicialmente preocupou-se, em maior medida, com a modificação dos dialisadores, e somente nos últimos anos começou a afetar em grande medida os próprios dispositivos. Como resultado, surgiram dois tipos principais de dialisador, o chamado dialisador de bobina, onde eram utilizados tubos de celofane, e o plano-paralelo, no qual eram utilizadas membranas planas. Em 1960, F. Keel projetou uma versão muito bem-sucedida de um 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. Em seguida, o processo de criação de hemodialisadores mais eficientes e simplificação da técnica de hemodiálise desenvolveu-se em duas direções principais: o design do próprio dialisador, com dialisadores de uso único dominando ao longo do tempo, 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 particular no complexo sistema do aparelho como um todo. No entanto, o pensamento técnico não desconsiderava o aparato como tal. Na década de 1960, surgiu a ideia de utilizar os chamados sistemas centrais, ou seja, dispositivos de "rim artificial", nos quais o dialisato 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 diálise de "drenagem" e técnica de recirculação tem sido usada em várias máquinas de "rim artificial", por exemplo, pela empresa americana Travenol. Neste caso, cerca de 8 litros de dialisado 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 lançada no esgoto. No início, usava-se água de torneira simples para hemodiálise, depois, devido à sua contaminação, principalmente com microorganismos, tentaram usar água destilada, mas isso acabou sendo muito caro e ineficiente. A questão foi radicalmente resolvida após a criação de sistemas especiais para a preparação da água da torneira, que inclui filtros para sua purificação de impurezas mecânicas, ferro e seus óxidos, silício e outros elementos, resinas de troca iônica para eliminar a dureza da água e instalações do a chamada osmose "reversa". Muito esforço tem sido despendido na melhoria dos sistemas de monitoramento dos dispositivos de "rim artificial". Assim, além de monitorar constantemente a temperatura do dialisado, eles começaram a monitorar constantemente com a ajuda de sensores especiais a composição química do dialisado, concentrando-se na condutividade elétrica geral do dialisado, que muda com a diminuição da concentração de sal e aumenta com o seu aumento. Depois disso, sensores de fluxo seletivo de íons começaram a ser usados em dispositivos de "rim artificial", que monitoravam constantemente a concentração de íons. O computador também possibilitou controlar o processo introduzindo os elementos ausentes de contêineres adicionais ou alterando sua proporção usando o princípio de feedback. O valor da ultrafiltração durante a diálise não depende apenas da qualidade da membrana, em todos os casos a pressão transmembrana é o fator decisivo, por isso os sensores de pressão tornaram-se amplamente utilizados em monitores: o grau de diluição no dialisado, o valor da pressão na entrada e saída do dialisador. A tecnologia moderna usando computadores permite programar o processo de ultrafiltração. Saindo do dialisador, o sangue entra na veia do paciente através de um coletor de ar, o que permite avaliar a olho nu a quantidade aproximada de fluxo sanguíneo, a tendência do sangue a coagular. Para evitar a embolia aérea, essas armadilhas são equipadas com dutos de ar, com a ajuda dos quais regulam o nível de sangue neles. Atualmente, em muitos dispositivos, detectores ultrassônicos ou fotoelétricos são colocados em armadilhas de ar, que bloqueiam automaticamente a linha venosa quando o nível de sangue na armadilha cai abaixo de um nível predeterminado. Recentemente, cientistas criaram dispositivos que ajudam pessoas que perderam a visão - total ou parcialmente. Os óculos milagrosos, por exemplo, foram desenvolvidos na empresa de pesquisa e desenvolvimento de Reabilitação com base em tecnologias que antes eram usadas apenas em assuntos militares. Como uma visão noturna, o dispositivo opera com base no princípio da localização infravermelha. As lentes pretas foscas dos óculos são na verdade placas de Plexiglas, entre as quais um dispositivo de localização em miniatura é colocado. Todo o localizador, juntamente com a armação dos óculos, pesa cerca de 50 gramas - aproximadamente o mesmo que os óculos comuns. E eles são selecionados, como óculos para quem vê, estritamente individualmente, para que seja conveniente e bonito. As "lentes" não apenas desempenham suas funções diretas, mas também cobrem defeitos oculares. Das duas dezenas de opções, todos podem escolher a mais adequada para si. Usar óculos não é nada difícil: você precisa colocá-los e ligar a energia. A fonte de energia para eles é uma bateria descarregada do tamanho de um maço de cigarros. Aqui, no bloco, também é colocado o gerador. Os sinais emitidos por ela, ao se depararem com um obstáculo, voltam e são captados pelas "lentes receptoras". Os impulsos recebidos são amplificados, comparados com o sinal de limiar e, se houver um obstáculo, a campainha soa imediatamente - quanto mais alto, mais perto a pessoa chegou. A faixa do dispositivo pode ser ajustada usando uma das duas faixas. 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. “Para eles, as televisões foram criadas”, escrevem S. Grigoriev e E. Rogov na revista “Young Technician”, onde são instaladas telas de televisão em miniatura em vez de lentes. computador embutido. Tal dispositivo não cria milagres especiais e não torna cegos, dizem os especialistas, mas permitirá o uso máximo das habilidades visuais que uma pessoa ainda possui e facilitará a orientação. Por exemplo, se uma pessoa tem pelo menos parte da retina sobrando, o computador vai "dividir" a imagem de tal forma que a pessoa pode ver o ambiente, pelo menos com a ajuda das áreas periféricas preservadas. Segundo os desenvolvedores, tais sistemas ajudarão aproximadamente 2,5 milhões de pessoas com deficiência visual. Mas e aqueles cuja retina está quase completamente perdida? Para eles, cientistas do centro oftalmológico da Duke University (Carolina do Norte) estão dominando a operação de implantação de uma retina eletrônica. Eletrodos especiais são implantados sob a pele, que, quando conectados aos nervos, transmitem uma imagem ao cérebro. O cego vê uma imagem composta por pontos luminosos individuais, muito semelhantes ao painel de exibição que é instalado em estádios, estações de trem e aeroportos. A imagem no placar é novamente criada por câmeras de televisão em miniatura montadas em uma armação de óculos. E, finalmente, a última palavra da ciência hoje é uma tentativa de criar novos centros sensíveis na retina danificada usando os métodos da microtecnologia moderna. Tais operações estão sendo realizadas na Carolina do Norte pelo professor Rost Propet e seus colegas. Juntamente com especialistas da NASA, eles criaram as primeiras amostras de uma retina subeletrônica, que é implantada diretamente no olho. “Nossos pacientes, é claro, nunca poderão admirar as pinturas de Rembrandt”, comenta o professor, “mas ainda serão capazes de distinguir onde está a porta e onde está a janela, placas de trânsito e placas…” Autor: Musskiy S.A.
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