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技术历史、技术、我们身边的事物
人造人体器官。 发明和生产的历史
现代医疗技术可以让您更换完全或部分患病的人体器官。 电子心脏起搏器、耳聋患者的扩音器、特殊塑料制成的镜片——这些只是医疗技术应用的一些例子。 由响应人体生物电流的微型电源驱动的生物假体也变得越来越普遍。
在对心脏、肺或肾脏进行最复杂的手术时，“人工循环仪”、“人工肺”、“人工心脏”、“人工肾”为医生提供了宝贵的帮助，承担了手术的功能机关，让他们暂停一下工作。 “人工肺”是一种脉动泵，它以每分钟 40-50 次的频率分批输送空气。 普通活塞不适合这种情况：其摩擦部件或密封件的材料颗粒会进入气流。 在这里和其他类似的设备中，使用波纹金属或塑料波纹管 - 波纹管。 净化并达到所需温度的空气直接供应到支气管。 “心肺机”也类似。 它的软管通过外科手术连接到血管。 早在 1812 年就首次尝试用机械类似物代替心脏功能。 然而，直到现在，在众多制造出来的设备中，还没有完全令人满意的医生。 国内科学家和设计师开发了多个模型，统称为“搜索”。 这是一种四腔囊型心室假体，旨在植入原位位置。 该模型区分了左半部分和右半部分，每个部分由一个人工心室和一个人工心房组成。 人工心室的构成要素有：本体、工作室、进出阀。 心室外壳由硅橡胶分层制成。 将基质浸入液态聚合物中，取出并干燥——如此反复，直到基质表面形成多层心肉。 工作室的形状与主体相似。 它由乳胶橡胶制成，然后由硅胶制成。 工作室的一个设计特点是不同的壁厚，其中区分了主动和被动部分。 该设计的设计使得即使在活动部分的完全张力下，腔室工作表面的相对壁也不会相互接触，从而消除了对血细胞的伤害。 俄罗斯设计师 Alexander Drobyshev 尽管遇到了种种困难，但仍继续创造新的现代 Poisk 设计，这些设计将比外国模型便宜得多。 当今最好的国外系统之一“人工心脏”“Novakor”售价 400 万美元。 有了她，你可以在家里等上一整年的手术。 “Novakor”手提箱中有两个塑料心室。 在一个单独的手推车上有一个外部服务：一台控制计算机，一个控制监视器，它仍然在医生面前的诊所里。 与患者在家 - 电源、可充电电池，可通过电源更换和充电。 患者的任务是按照指示灯的绿色指示灯显示电池电量。 “人工肾”装置已经使用了很长时间，并被医生成功使用。 早在 1837 年，在研究溶液通过半透膜的运动过程时，T. Grechen 是第一个使用并投入使用“透析”一词（来自希腊语 dialisis - 分离）的人。 但仅在 1912 年，在这种方法的基础上，在美国建造了一个仪器，在该仪器的帮助下，作者在实验中进行了从动物血液中去除水杨酸盐的实验。 在他们称之为“人工肾”的装置中，火棉胶管被用作半透膜，动物的血液流过它，在外面用等渗氯化钠溶液清洗。 然而，J. Abel 使用的火棉胶原来是一种相当脆弱的材料，后来其他作者尝试了其他用于透析的材料，例如鸟类的肠子、鱼的鱼鳔、小牛的腹膜、芦苇和纸. 为了防止血液凝固，使用了水蛭素，一种包含在医用水蛭唾液腺分泌物中的多肽。 这两个发现是肾外净化领域所有后续发展的原型。 无论这方面的改进如何，原理都是一样的。 在任何情况下，“人造肾”都包括以下元素：半透膜，一侧是血液流动，另一侧是盐溶液。 为了防止血液凝固，使用抗凝剂 - 减少血液凝固的药物。 在这种情况下，离子、尿素、肌酐、葡萄糖和其他小分子量物质的低分子化合物的浓度是均衡的。 随着膜孔隙率的增加，具有较高分子量的物质会发生运动。 如果我们在这个过程中添加来自血液一侧的过量静水压力或来自洗涤溶液一侧的负压，那么转移过程将伴随着水的运动 - 对流传质。 渗透压也可用于通过向透析液中添加渗透活性物质来转移水。 大多数情况下，葡萄糖被用于此目的，果糖和其他糖类较少使用，其他化学来源的产品更罕见。 同时，通过大量引入葡萄糖，可以获得非常显着的脱水效果，但不建议将透析液中的葡萄糖浓度提高到一定值以上，因为可能会出现并发症。 最后，可以完全放弃冲洗膜溶液（透析液），获得血液中液体部分的膜出口：水和分子量范围较宽的物质。 1925 年，J. Haas 进行了第一次人体透析，1928 年他还使用了肝素，因为长期使用水蛭素会产生毒性作用，而且其对血液凝固的影响本身也不稳定。 1926 年，H. Nehels 和 R. Lim 在一项实验中首次将肝素用于透析。 由于上述材料被证明几乎不能用作制造半透膜的基础，因此继续寻找其他材料，并于 1938 年首次将玻璃纸用于血液透析，在随后的几年中，玻璃纸仍然是血液透析的主要原料。半透膜的生产由来已久。 W. Kolff 和 H. Burke 于 1943 年创建了第一个适用于广泛临床应用的“人工肾”设备。 然后这些设备得到了改进。 同时，这一领域的技术思想发展首先关注的是透析器的改造，直到最近几年才开始在很大程度上影响到设备本身。 结果，出现了两种主要类型的透析器，一种是使用玻璃纸管的所谓线圈透析器，另一种是使用平面膜的平面平行透析器。 1960 年，F. Keel 设计了一个非常成功的带有聚丙烯板的平面平行透析器，经过多年的发展，这种类型的透析器及其改进型传播到世界各地，在所有其他类型中处于领先地位的透析器。 然后，制造更高效的血液透析器和简化血液透析技术的过程在两个主要方向上发展：透析器本身的设计，随着时间的推移，一次性透析器占据主导地位，以及将新材料用作半透膜。 透析器是“人工肾”的心脏，因此化学家和工程师的主要工作一直致力于改善整个仪器复杂系统中的这一特殊环节。 然而，技术思想并没有忽视这种装置。 在 1960 年代，出现了使用所谓的中央系统的想法，即“人工肾”装置，其中透析液由浓缩物制备 - 盐的混合物，其浓度是 30-34 倍它们在患者血液中的浓度。 “引流”透析和再循环技术的组合已用于许多“人工肾”机器，例如美国公司 Travenol。 在这种情况下，大约 8 升透析液在一个单独的容器中高速循环，其中放置了透析器，每分钟向其中加入 250 毫升新鲜溶液，并将相同的量倒入下水道。 起初，简单的自来水用于血液透析，然后，由于其污染，特别是微生物的污染，他们尝试使用蒸馏水，但结果非常昂贵且效率低下。 在创建用于制备自来水的特殊系统后，该问题得到了根本解决，其中包括用于净化机械杂质、铁及其氧化物、硅和其他元素的过滤器、用于消除水硬度的离子交换树脂和安装所谓的“反”渗透。 在改进“人工肾”装置的监测系统方面付出了很多努力。 因此，除了不断监测透析液的温度外，他们还开始借助特殊传感器不断监测透析液的化学成分，重点关注透析液的整体电导率，随着盐浓度的降低和随着它的增加而增加。 之后，离子选择性流量传感器开始被用于“人工肾”设备中，该设备将不断监测离子浓度。 计算机还可以通过从其他容器中引入缺失的元素来控制过程，或者使用反馈原理改变它们的比例。 透析过程中超滤的价值不仅取决于膜的质量，在任何情况下跨膜压力都是决定性因素，因此压力传感器已广泛用于监测：透析液中的稀释程度，入口处的压力值和透析器的出口。 使用计算机的现代技术可以对超滤过程进行编程。 离开透析器后，血液通过空气陷阱进入患者的静脉，这使得通过肉眼可以判断大致的血流量，血液凝结的趋势。 为了防止空气栓塞，这些陷阱配备了空气管道，借助空气管道，它们可以调节其中的血液水平。 目前，在许多设备中，超声波或光电检测器安装在空气阱上，当阱中的血液水平低于预定水平时，它们会自动阻塞静脉管线。 最近，科学家们发明了可以帮助完全或部分失明的人的设备。 例如，奇迹护目镜是由康复研发制造公司根据以前仅用于军事事务的技术开发的。 像夜视仪一样，该设备根据红外定位原理运行。 眼镜的黑色磨砂镜片实际上是有机玻璃板，其间装有微型定位装置。 整个定位器连同眼镜架重约 50 克 - 与普通眼镜差不多。 并且它们像有视力的人的眼镜一样被严格挑选，因此既方便又美观。 “镜片”不仅发挥其直接作用，还可以遮盖眼睛缺陷。 两打选项中，大家可以选择最适合自己的。 戴眼镜一点都不难：你需要戴上眼镜并打开电源。 他们的能源是一个烟盒大小的扁平电池。 在这里，在块中，还放置了生成器。 它发出的信号在遇到障碍物后返回并被“接收镜头”捕获。 接收到的脉冲被放大，与阈值信号相比，如果有障碍物，蜂鸣器会立即响起——人越靠近它，声音越大。 可以使用两个范围之一来调整设备的范围。 来自美国宇航局和约翰霍普金斯大学主要中心的美国专家正在成功地进行电子视网膜的创建工作。 起初，他们试图帮助那些仍然有一些视力残余的人。 “已经为他们制造了电视，”S. Grigoriev 和 E. Rogov 在 Young Technician 杂志上写道，“安装了微型电视屏幕而不是镜头。然而，对于视障人士，图片也使用内置的解码器进行解码。专家说，这种设备不会创造特殊的奇迹，也不会使盲人失明，但它可以最大限度地利用一个人仍然拥有的视觉能力，并有助于定位。 例如，如果一个人至少还剩下部分视网膜，计算机将以这样一种方式“分割”图像，使一个人至少可以在剩余的外围区域的帮助下看到环境。 据开发人员称，此类系统将帮助大约 2,5 万视力障碍者。 但是那些视网膜几乎完全丧失的人呢？ 对他们来说，杜克大学（北卡罗来纳州）眼科中心的科学家们正在掌握植入电子视网膜的操作。 特殊电极被植入皮下，当连接到神经时，将图像传输到大脑。 盲人看到由单个发光点组成的图片，与安装在体育场、火车站和机场的显示板非常相似。 记分牌上的图像再次由安装在眼镜架上的微型电视摄像机创建。 最后，今天科学的最后一句话是尝试使用现代微技术的方法在受损的视网膜上创建新的敏感中心。 Rost Propet 教授和他的同事们现在正在北卡罗来纳州从事此类业务。 他们与美国宇航局的专家一起创造了第一批亚电子视网膜样本，该视网膜直接植入眼睛。 “当然，我们的病人永远无法欣赏伦勃朗的画作，”教授评论道，“但是，他们仍然能够区分门在哪里，窗户在哪里，路标和招牌……” 作者：Musskiy S.A.
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