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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Órganos humanos artificiales. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. La tecnología médica moderna le permite reemplazar órganos humanos total o parcialmente enfermos. Un marcapasos electrónico, un amplificador de sonido para personas sordas, una lente de plástico especial: estos son solo algunos ejemplos del uso de la tecnología en la medicina. Las bioprótesis impulsadas por fuentes de alimentación en miniatura que responden a biocorrientes en el cuerpo humano también se están generalizando.
Durante las operaciones más complejas realizadas en el corazón, los pulmones o los riñones, el "Aparato Circulatorio Artificial", el "Pulmón Artificial", el "Corazón Artificial", el "Riñón Artificial" proporcionan una ayuda inestimable a los médicos, que asumen las funciones del órganos, permitir por un tiempo para suspender su trabajo. El "pulmón artificial" es una bomba pulsante que suministra aire en porciones a una frecuencia de 40 a 50 veces por minuto. Un pistón ordinario no es adecuado para esto: las partículas del material de sus partes de fricción o un sello pueden ingresar al flujo de aire. Aquí y en otros dispositivos similares, se utilizan fuelles de metal corrugado o plástico: fuelles. Purificado y llevado a la temperatura requerida, el aire se suministra directamente a los bronquios. La "máquina corazón-pulmón" es similar. Sus mangueras están conectadas quirúrgicamente a los vasos sanguíneos. El primer intento de reemplazar la función del corazón con un análogo mecánico se hizo ya en 1812. Sin embargo, hasta ahora, entre los muchos dispositivos fabricados, no hay médicos completamente satisfactorios. Los científicos y diseñadores nacionales han desarrollado una serie de modelos bajo el nombre general de "Búsqueda". Se trata de una prótesis ventricular tipo saco de cuatro cámaras diseñada para su implantación en posición ortotópica. El modelo distingue entre las mitades izquierda y derecha, cada una de las cuales consta de un ventrículo artificial y una aurícula artificial. Los elementos constitutivos del ventrículo artificial son: cuerpo, cámara de trabajo, válvulas de entrada y salida. La carcasa del ventrículo está hecha de caucho de silicona por capas. La matriz se sumerge en un polímero líquido, se retira y se seca, y así sucesivamente una y otra vez, hasta que se crea una carne de corazón de varias capas en la superficie de la matriz. La cámara de trabajo tiene una forma similar al cuerpo. Estaba hecho de caucho de látex y luego de silicona. La característica de diseño de la cámara de trabajo es un grosor de pared diferente, en el que se distinguen las secciones activas y pasivas. El diseño está diseñado de tal manera que incluso con la tensión total de las secciones activas, las paredes opuestas de la superficie de trabajo de la cámara no se tocan entre sí, lo que elimina la lesión de las células sanguíneas. El diseñador ruso Alexander Drobyshev, a pesar de todas las dificultades, continúa creando nuevos diseños modernos de Poisk que serán mucho más baratos que los modelos extranjeros. Uno de los mejores sistemas extranjeros para hoy "Corazón artificial" "Novakor" cuesta 400 mil dólares. Con ella, puedes esperar en casa una operación durante todo un año. Hay dos ventrículos de plástico en la maleta "Novakor". En un carro separado hay un servicio externo: una computadora de control, un monitor de control, que permanece en la clínica frente a los médicos. En casa con el paciente: una fuente de alimentación, baterías recargables que se reemplazan y recargan desde la red eléctrica. La tarea del paciente es seguir el indicador verde de las lámparas que muestran la carga de las baterías. Los dispositivos "Riñones artificiales" han estado funcionando durante bastante tiempo y los médicos los utilizan con éxito. Ya en 1837, mientras estudiaba los procesos de movimiento de soluciones a través de membranas semipermeables, T. Grechen fue el primero en usar y poner en uso el término "diálisis" (del griego diálisis - separación). Pero solo en 1912, sobre la base de este método, se construyó un aparato en los Estados Unidos, con la ayuda de los cuales sus autores llevaron a cabo la eliminación de salicilatos de la sangre de animales en un experimento. En el dispositivo, al que llamaron "riñón artificial", se utilizaron tubos de colodión a modo de membrana semipermeable, a través de los cuales fluía la sangre del animal, y por fuera se lavaban con una solución isotónica de cloruro de sodio. Sin embargo, el colodión utilizado por J. Abel resultó ser un material bastante frágil, y posteriormente otros autores probaron otros materiales para la diálisis, como intestinos de pájaros, vejiga natatoria de peces, peritoneo de terneros, caña y papel. . Para prevenir la coagulación de la sangre, se utilizó hirudina, un polipéptido contenido en la secreción de las glándulas salivales de una sanguijuela médica. Estos dos descubrimientos fueron el prototipo de todos los desarrollos posteriores en el campo de la limpieza extrarrenal. Cualesquiera que sean las mejoras en esta área, el principio sigue siendo el mismo. En cualquier caso, el "riñón artificial" incluye los siguientes elementos: una membrana semipermeable, en un lado del cual fluye la sangre, y en el otro lado, una solución salina. Para prevenir la coagulación de la sangre, se usan anticoagulantes, sustancias medicinales que reducen la coagulación de la sangre. En este caso, se igualan las concentraciones de compuestos de iones de bajo peso molecular, urea, creatinina, glucosa y otras sustancias con un peso molecular pequeño. Con un aumento en la porosidad de la membrana, se produce el movimiento de sustancias con un peso molecular más alto. Si agregamos a este proceso un exceso de presión hidrostática del lado de la sangre o una presión negativa del lado de la solución de lavado, entonces el proceso de transferencia estará acompañado por el movimiento del agua: transferencia de masa por convección. La presión osmótica también se puede usar para transferir agua agregando sustancias osmóticamente activas al dializado. La mayoría de las veces, la glucosa se usaba para este propósito, con menos frecuencia, la fructosa y otros azúcares, y aún más raramente, los productos de otro origen químico. Al mismo tiempo, al introducir glucosa en grandes cantidades, se puede obtener un efecto de deshidratación realmente pronunciado, sin embargo, no se recomienda aumentar la concentración de glucosa en el dializado por encima de ciertos valores debido a la posibilidad de complicaciones. Finalmente, es posible abandonar completamente la solución de lavado de membrana (dializado) y obtener una salida a través de la membrana de la parte líquida de la sangre: agua y sustancias con un peso molecular de un amplio rango. En 1925, J. Haas realizó la primera diálisis humana, y en 1928 también usó heparina, ya que el uso a largo plazo de hirudina se asoció con efectos tóxicos y su efecto sobre la coagulación de la sangre era inestable. Por primera vez se utilizó heparina para diálisis en 1926 en un experimento de H. Nehels y R. Lim. Dado que los materiales enumerados anteriormente resultaron ser de poca utilidad como base para crear membranas semipermeables, la búsqueda de otros materiales continuó, y en 1938 se utilizó por primera vez el celofán para la hemodiálisis, que en los años siguientes siguió siendo la principal materia prima para la producción de membranas semipermeables durante mucho tiempo. El primer dispositivo de "riñón artificial" adecuado para un amplio uso clínico fue creado en 1943 por W. Kolff y H. Burke. Entonces estos dispositivos fueron mejorados. Al mismo tiempo, el desarrollo del pensamiento técnico en esta área se centró en un principio, en mayor medida, en la modificación de los dializadores, y solo en los últimos años comenzó a afectar en gran medida a los propios dispositivos. Como resultado, aparecieron dos tipos principales de dializadores, los llamados dializadores de espiral, en los que se utilizaban tubos de celofán, y los plano-paralelos, en los que se utilizaban membranas planas. En 1960, F. Keel diseñó una versión muy exitosa de un dializador plano-paralelo con placas de polipropileno y, a lo largo de varios años, este tipo de dializador y sus modificaciones se extendieron por todo el mundo, ocupando un lugar destacado entre todos los demás tipos. de dializadores. Entonces, el proceso de creación de hemodializadores más eficientes y simplificación de la técnica de hemodiálisis se desarrolló en dos direcciones principales: el diseño del propio dializador, con los dializadores de un solo uso ocupando una posición dominante en el tiempo, y el uso de nuevos materiales como membrana semipermeable. . El dializador es el corazón del "riñón artificial" y, por lo tanto, los principales esfuerzos de los químicos e ingenieros siempre se han dirigido a mejorar este eslabón particular en el complejo sistema del aparato en su conjunto. Sin embargo, el pensamiento técnico no desestimó el aparato como tal. En la década de 1960, surgió la idea de utilizar los llamados sistemas centrales, es decir, dispositivos de "riñón artificial", en los que se preparaba dializado a partir de un concentrado, una mezcla de sales, cuya concentración era 30-34 veces mayor que su concentración en la sangre del paciente. Se ha utilizado una combinación de diálisis de "drenaje" y técnica de recirculación en una serie de máquinas de "riñón artificial", por ejemplo, por la firma americana Travenol. En este caso, unos 8 litros de dializado circulaban a alta velocidad en un recipiente aparte en el que se colocaba el dializador y al que se añadían cada minuto 250 mililitros de solución fresca y la misma cantidad se tiraba al alcantarillado. Al principio se usaba agua corriente simple para la hemodiálisis, luego, debido a su contaminación, en particular con microorganismos, se intentó usar agua destilada, pero resultó muy costosa e ineficiente. La cuestión quedó radicalmente resuelta tras la creación de sistemas especiales para la preparación de agua corriente, que incluyen filtros para su depuración de impurezas mecánicas, hierro y sus óxidos, silicio y otros elementos, resinas de intercambio iónico para eliminar la dureza del agua e instalaciones de la llamada ósmosis "inversa". Se ha invertido mucho esfuerzo en mejorar los sistemas de monitoreo de los dispositivos de "riñón artificial". Entonces, además de monitorear constantemente la temperatura del dializado, comenzaron a monitorear constantemente con la ayuda de sensores especiales la composición química del dializado, enfocándose en la conductividad eléctrica general del dializado, que cambia con una disminución en la concentración de sal y aumenta con un aumento de la misma. Después de eso, los sensores de flujo selectivos de iones comenzaron a usarse en dispositivos de "riñón artificial", que monitorearían constantemente la concentración de iones. La computadora también hizo posible controlar el proceso introduciendo los elementos faltantes de contenedores adicionales, o cambiar su proporción utilizando el principio de retroalimentación. El valor de la ultrafiltración durante la diálisis no solo depende de la calidad de la membrana, en todos los casos la presión transmembrana es el factor decisivo, por lo que los sensores de presión se han vuelto muy utilizados en los monitores: el grado de dilución en el líquido de diálisis, el valor de la presión en la entrada y salida del dializador. La tecnología moderna que utiliza computadoras hace posible programar el proceso de ultrafiltración. Al salir del dializador, la sangre entra en la vena del paciente a través de una trampa de aire, lo que permite juzgar a simple vista la cantidad aproximada de flujo sanguíneo, la tendencia de la sangre a coagularse. Para prevenir la embolia de aire, estas trampas están equipadas con conductos de aire, con la ayuda de los cuales regulan el nivel de sangre en ellos. Actualmente, en muchos dispositivos, se colocan detectores ultrasónicos o fotoeléctricos en trampas de aire, que bloquean automáticamente la línea venosa cuando el nivel de sangre en la trampa cae por debajo de un nivel predeterminado. Recientemente, los científicos han creado dispositivos que ayudan a las personas que han perdido la vista, total o parcialmente. Las gafas Miracle, por ejemplo, se desarrollaron en la empresa de fabricación de investigación y desarrollo de Rehabilitación sobre la base de tecnologías que anteriormente se usaban solo en asuntos militares. Como una vista nocturna, el dispositivo funciona según el principio de localización por infrarrojos. Las lentes de color negro mate de las gafas son en realidad placas de plexiglás, entre las cuales se encuentra un dispositivo de localización en miniatura. Todo el localizador, junto con la montura de las gafas, pesa unos 50 gramos, casi lo mismo que unas gafas normales. Y se seleccionan, como anteojos para videntes, estrictamente individualmente, para que sea conveniente y hermoso. Las "lentes" no solo realizan sus funciones directas, sino que también cubren los defectos oculares. De las dos docenas de opciones, todos pueden elegir la más adecuada para ellos. Usar anteojos no es nada difícil: debe ponérselos y encenderlos. La fuente de energía para ellos es una batería descargada del tamaño de un paquete de cigarrillos. Aquí, en el bloque, también se coloca el generador. Las señales emitidas por él, habiendo encontrado un obstáculo, regresan y son captadas por las "lentes receptoras". Los impulsos recibidos se amplifican, en comparación con la señal de umbral, y si hay un obstáculo, el zumbador suena inmediatamente, cuanto más fuerte se acerca la persona. El rango del dispositivo se puede ajustar usando uno de dos rangos. Los especialistas estadounidenses de la NASA y el Centro Principal de la Universidad Johns Hopkins están trabajando con éxito en la creación de una retina electrónica. Al principio, intentaron ayudar a las personas que aún tenían algunos restos de visión. "Se han creado televisores para ellos", escriben S. Grigoriev y E. Rogov en la revista Young Technician, "donde se instalan pantallas de televisión en miniatura en lugar de lentes. Sin embargo, para los discapacitados visuales, la imagen también se decodifica utilizando un en computadora. Tal dispositivo no crea milagros especiales y no hace que los ciegos vean, dicen los expertos, pero permitirá el uso máximo de las habilidades visuales que una persona todavía tiene y facilitará la orientación. Por ejemplo, si a una persona le queda al menos parte de la retina, la computadora "dividirá" la imagen de tal manera que una persona pueda ver el entorno, al menos con la ayuda de las áreas periféricas preservadas. Según los desarrolladores, dichos sistemas ayudarán a aproximadamente 2,5 millones de personas que padecen discapacidades visuales. Pero, ¿qué pasa con aquellos cuya retina se pierde casi por completo? Para ellos, científicos del centro oftalmológico de la Universidad de Duke (Carolina del Norte) están dominando la operación de implantar una retina electrónica. Se implantan electrodos especiales debajo de la piel que, cuando se conectan a los nervios, transmiten una imagen al cerebro. El ciego ve una imagen que consta de puntos luminosos individuales, muy similar a la pantalla que se instala en los estadios, estaciones de tren y aeropuertos. La imagen en el "marcador" es creada nuevamente por cámaras de televisión en miniatura montadas en un marco de anteojos. Y, finalmente, la última palabra de la ciencia actual es un intento de crear nuevos centros sensibles en la retina dañada utilizando los métodos de la microtecnología moderna. El Prof. Rost Propet y sus colegas ahora están involucrados en tales operaciones en Carolina del Norte. Junto a especialistas de la NASA, crearon las primeras muestras de retina subelectrónica, que se implanta directamente en el ojo. “Nuestros pacientes, por supuesto, nunca podrán admirar las pinturas de Rembrandt”, comenta el profesor, “sin embargo, podrán distinguir dónde está la puerta y dónde está la ventana, las señales de tráfico y los letreros…”. Autor: Musskiy S.A.
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