Проводились также эксперименты с искусственными скелетными мышцами, которые помогают нам удерживать вертикальное положение. Дж. Д. Хелмер, биоинженер из Лаборатории Бэттел Колумбус в штате Огайо, изобрел синтетическую мышцу из силиконовой резины (инертной, очень прочной резины) и дакрона. Эта конструкция напоминает "мышцу" в более ранней пневматически действующей бионической руке. Дакроновая оболочка, сплетенная как китайская головоломка, надевается на резиновую трубку и крепится к сухожилию. Когда сухожилие натягивается и действует на оболочку, последняя сдавливает резиновую трубку; когда оболочка натянута, резина за счет упругости отвечает давлением. Это действие сходно с действием мышцы: противодействие давлению, равное по силе и противоположное по направлению. Хелмер с сотрудниками вживлял такие мышцы овцам, и через четыре недели после операции животные уже ходили почти нормальным шагом.
Бионическое кровообращение: искусственные сердечные клапаны и кровезаменители
Нарушения системы кровообращения, включающей в себя сердце и многие километры артерий, вен и капилляров, по численности до сих пор занимают первое место среди причин смерти в США. Инфаркты, склероз артерий, инсульты, тромбы, закупоривающие сосуды, гипертония — наряду с другими болезнями системы кровообращения, причиной которых являются механические повреждения, стресс или болезни, — сокращают наш потенциальный срок жизни примерно на 20 лет. В этой области проводятся особенно интенсивные исследования, и некоторые достигнутые результаты обнадеживают.
В то время, когда большинство американцев носило орлон на себе — например, в виде свитеров, — один человек начал носить орлон в себе — в виде восстановленных артерий. Это произошло в 1953 г., когда д-р Чарльз Хафнагель из Джорджтаунского университета заменил порванную пулей бедренную артерию американского солдата — главную артерию, снабжающую кровью ногу, — орлоновым каркасом, вставив его в кровеносный сосуд. Позднее он вставил орлоновую трубочку и в изношенную аорту больного. Оба этих кровеносных сосуда подвергаются постоянному сжатию, давлению, скручиванию, и до появления орлона в распоряжении медиков не было материалов, которые делали бы эту операцию возможной.
Но использованный Хафнагелем орлон обладал существенным недостатком — он очень легко терял форму. Имплантат из мягкой орлоновой ткани в сосуде, несущем кровь к легким, может давать изломы, как садовый шланг, что приводит к быстрой и болезненной смерти. В 1955 г. Стерлингу Эдвардсу из Алабамского медицинского колледжа удалось придумать гофрированные синтетические артерии наподобие противогазных трубок. Эти гофрированные артерии, сейчас изготовляемые из дакрона и тефлона, одновременно сохраняют гибкость и не образуют изломов. Кроме того, артерии, выполненные из синтетических материалов, полностью инертны, так что отпадает угроза иммунной реакции.
Вживление синтетических гофрированных артерий из дакрона и тефлона теперь стало признанным методом лечения аневризмы аорты — неравномерного расширения этого крупнейшего кровеносного сосуда в результате ослабления мускулатуры его стенок. Аневризму можно исправить путем замены бионической артерией, причем с очень высокой вероятностью успеха. По свидетельству знаменитого кардиолога Майкла Ди Бейки из Бэйлорского медицинского колледжа в Хьюстоне, лично выполнившего свыше 2000 подобных операций, примерно 80 % его больных, перенесших операцию по поводу аневризмы аорты, по меньшей мере пять лет не знают осложнений.
Другие артерии, поврежденные в результате аневризмы или суженные в результате склеротических процессов, также могут быть заменены искусственными артериями из дакрона или тефлона. Ди Бейки, например, уже вставил более 5200 искусственных артерий. И процент удачных операций при замене бедренной артерии даже выше, чем при замене аорты. В наше время в распоряжении хирургов имеются бионические заменители почти для любой артерии или вены человека.
С появлением новых материалов стала реальностью и замена сердечных клапанов. Эти клапаны открываются и закрываются 100 000 раз в сутки и приходится только удивляться, как долго они выдерживают эту непрерывную пульсацию. Однако из-за ревматических поражений или вследствие возрастных изменений клапаны перестают достаточно плотно смыкаться, и сердце перекачивает кровь, все меньше насыщенную кислородом, что нарушает все остальные функции организма.
Рис. 4. Шариковый сердечный клапан Старра-Эдвардса. Стрелками показано направление тока крови. Кровь, устремляющаяся в противоположном направлении, закрывает клапан