Хирурги наполнят тела пациентов текущим льдом
Время. Вот чего иногда не достаточно медикам, дабы спасти жизнь больного, потерпевшего от сильной травмы либо сердечного приступа. Нескольких дополнительных часов, в противном случае и мин., иногда достаточно, дабы удачно завершить пересадку органа либо иную серьёзную операцию. Но откуда забрать эти «лишние» 60 секунд?
Американцы тестируют необыкновенную разработку — они обучились саму кровь превращать в подвижный лёд.
Десятилетия доктора применяют предохранительную силу гипотермии. Очень сильно охлаждённый организм либо отдельные органы до минимума уменьшают потребление кислорода (что принципиально важно при остановке сердца), в них замедляется разрушение клеток. Но вот громадный вопрос — как как раз охлаждать живые ткани?
на данный момент на вооружении медиков находятся ледяные ванны и охлаждающие жакеты, ледяные одеяла и просто резиновые «грелки» со льдом в (слово «грелка» при таком применении данного предмета само просится в кавычки). Все они делают поставленную задачу, но вот темп охлаждения выясняется низким (имеется в виду температура в глубине, а не на поверхности тела). И потому в критических случаях внешнее охлаждение не столь уж и очень сильно продлевает агонию страдающих от гипоксии и обескровливания органов.
Куда лучше в этом замысле выглядит внутреннее охлаждение, не смотря на то, что проводить его сложнее. на данный момент с целью этого используют холодный солевой раствор, подаваемый в кровоток в нужных местах. Но, увы, и данный метод не лишён недочётов.
В силу черт физраствора его не окажется охладить через чур очень сильно, а основное, тепло, которое он способен забрать у тканей, серьёзно ограничено.
Уникальный выход из данной безвыходной ситуации придумали инженер Кен Коса (Ken Kasza) и его коллеги из американской национальной лаборатории Аргонн (Argonne National Laboratory). Нужно«» лёд в сосуды, в полости тела (при операции) а также в лёгкие больного — вот он и охладится. Энергия, которую необходимо затратить на растапливание льда, — громадна, так что интенсивность охлаждения будет значительно выше, чем при применении холодного физраствора.
Эта необычная полупрозрачная штуковина – частично жидкость, частично лёд. Но от природной ледяной «каши» она отличается радикально (фото Argonne National Laboratory).
Разумеется, просто так выполнить подобный трюк возможно лишь с трупом. Дабы «набить» живого человека льдом по самую макушку, лёд данный должен быть необыкновенным. Он таковой и имеется, благодарю совокупностям охлаждения строений.
При чём тут они? Всё легко и сложно в один момент: история экзотической охлаждающей жидкости для человека началась с промышленного проекта!
В конце 1980-х лаборатория Аргонн создала разработку изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), талантливой без неприятностей течь по трубам разного диаметра, не планируя в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая совокупности охлаждения. Экзотическая солёная водяная суспензия, придуманная в Аргонне, включала в себя мириады ледяных кристалликов, но не простых, а намерено подготовленных.
Простые (острые) кристаллы льда (вверху) и частицы Ice Slurry при громадном повышении. Последние сопротивляются «свёртыванию» смеси в теле. Кстати, пропорция микроскопических ледяных шариков и солевого раствора в Ice Slurry образовывает 50 на 50 (фото Argonne National Laboratory).
Эти частицы, во-первых, не угловатые и ершистые, как естественные кристаллы водяного льда, а округлые. Практически — шарики. А во-вторых, они очень мелкие — с поперечником, равным диаметру людской волоса.
Благодаря обеим изюминкам эта жижа сохраняет подвижность воды (шарики скользят относительно друг друга), но с позиций теплотехники является льдом , со всеми вытекающими. В частности, в централизованных совокупностях охлаждения промышленных либо офисных комплексов смесь Ice Slurry способна трудиться в 5-7 раз действеннее легко холодной воды.
Предполагалось, что такая суспензия будет готовиться и храниться ночью в особой установке, а днём распределяться по трубам среди соседних строений, снабжая их охлаждение.
Вот лишь распространения этого антипода теплоцентрали так и не произошло. Чуть ли не единственным случаем практической реализации совокупности был некоторый демонстрационный проект в Японии.
Но во второй половине 90-ых годов двадцатого века у Ice Slurry началась вторая жизнь. Кен Коса, глава департамента энергетики лаборатории Аргонн Роджер Пиппел (Roger Poeppel), и Лэнс Беккер (Lance Becker) и Терри Ванден Хок (Terry Vanden Hoek) из медицинского центра чикагского университета (University of Chicago Medical Center) создали Центр чрезвычайной реанимации (Emergency Resuscitation Center).
Центр данный объединил инженеров, докторов, химиков и биологов из национальной лаборатории и университета для разработки новых способов спасения больных. Особенно — при неожиданной остановки сердца. И тут-то учёные решили всесторонне изучить и апробировать медицинское использование «ровной ледяной взвеси», тем более что её микрокристаллы льда замечательно проходили в достаточно небольшие сосуды и не повреждали клетки.
Кен Коса (слева) и его сотрудник Джон Орас (John Oras) готовят очередную партию состава для тестов по охлаждению мозга животных (фото Argonne National Laboratory).
В первую очередь исследователи придумали, как обеспечить стремительное охлаждение мозга человека, пока сердце остановлено и кровотока нет. Ice Slurry нужно поместить в лёгкие (через трубку, засунутую в трахею) — додумались учёные. Так как это действенные теплообменники с развитой поверхностью, через каковые проходит вся кровь.
До тех пор пока сердце не бьётся, принудительное сжатие грудной клетки вынудит кровь, охлаждённую Ice Slurry, течь к головному мозгу. Ну а охлаждённый мозг может намного продолжительнее выжить при кислородном голодании (в большинстве случаев его клетки начинают гибнуть через 10 мин. по окончании остановки кровоснабжения).
Первые испытания на животных продемонстрировали, что 2-4 литра Ice Slurry, введённые в лёгкие, разрешают охладить мозгна 6 а также больше градусов Цельсия всего за 10 мин., тогда как использование внешнего охлаждения за то же самое время понижает температуру внутренних органов животного (да и человека также) всего-то на 0,3 градуса. Другими словами скорость охлаждения по новой методике была выше простой в 20-30 раз!
А это уже может стать отличием, означающей спасение чьей-то жизни. При таком методе мозг может оставаться охлаждённым в течение часа, что даёт врачам достаточно времени для реанимации.
Графики понижения температуры в глубине головного мозга (°С) при внешнем охлаждении (тёмная кривая) и при дополнении его Ice Slurry (светло синий пунктир). Внизу – время в минутах (иллюстрация Argonne National Laboratory).
Второй вариант применения смеси — яркий ввод её в кровоток. Через внутривенный катетер возможно перекачать в сосуды много Ice Slurry, а она уже сама разойдётся по органам, снабжая их охлаждение. Подвид того же способа — запуск жидкого льда в сонную артерию, для стремительной доставки к мозгу.
Третий — это обкладывание смесью отдельного органа при исполнении операции. Причём, потому, что смесь способна течь, её возможно доставить к месту действия вовнутрь тела по узкой трубочке. А это значит, что операция возможно малотравматической.
Логично задать вопрос: а что с водой, которая получается в следствии таяния смеси? Весьма легко. Из лёгких излишки воды откачиваются особым насосом через ту же трубку. А остатки усваиваются тканями.
При же запуска суспензии Ice Slurry напрямую по кровотоку она кроме этого абсорбируется телом без вреда для организма, поскольку практически эта смесь — всего лишь особенным образом приготовленный солевой раствор (биосовместимый).
В 2002 году несколько учёных из лаборатории Аргонн и чикагского университета взяла четырёхмиллионный грант (на пять лет) от Национального университета здравоохранения (National Institutes of Health) на испытания и развитие разных способов применения Ice Slurry в медицине. Нужно было не только подобрать наилучшие параметры смеси, но и отработать все тонкости операций (режимы охлаждения, к примеру), и — убедиться в отсутствии и безопасности технологии побочных эффектов.
Сейчас же пришла пора подвести итоги данной пятилетней работы. Ice Slurry была настоящим чудесным образом. Множество тестов на животных продемонстрировали, что «ледяная кровь» удлиняет время, за который возможно спасти потерпевшего.
Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осмотрительным оценкам, с 10-15 до 30-45 мин..
Мечта авторов проекта: дабы запасами Ice Slurry оснащались не только больницы, но и кареты скорой помощи. В случае если медики возьмут возможность срочно вводить суспензию в кровь либо лёгкие потерпевшего человека (при аварии на дороге, к примеру), или больного, сердце которого остановилось по окончании приступа (а портативные насосы для Ice Slurry находятся в разработке), это будет означать сохранение десятков судеб каждый день лишь в одних США.
Вне тела вытекающая жижа Ice Slurry формирует горку, напоминающую мокрый снег, но в сосудах она способна течь вместе с кровотоком (фото Argonne National Laboratory).
«Современное медицинское управление говорит, что если вы желаете сохранить мозг, необходимо снизить его температуру на четыре либо пять градусов по шкале Цельсия в течение 5-10 мин. по окончании остановки сердца, — говорит Коса. — В первый раз у нас имеется средство успехи нужной температуры в данный маленький временной отрезок».
Тандем чикагский университет — лаборатория Аргонн создал сравнительно не так давно университет биоинженерии, эндоскопии и перспективной хирургии (BIASE), в котором Кен и другие отечественные храбрецы занялись развитием проекта: они испытывают установки по производству Ice Slurry, хирургические инструменты, нужные для применения смеси (особые насосы, наконечники), и без того потом. А для анализа теплового сотрудничества между тканями и ледяной жижей его коллеги и Кен создали особые компьютерные модели.
Учёные собираются отработать ещё массу вопросов, которые связаны с разработкой. К примеру, при принудительном охлаждении организм начинает усиленно производить тепло (дрожь не забывайте?), а это расходует энергию, ведет к накоплению и образованию нежелательных продуктов (к примеру, молочной кислоты), снижает эффект от действия раствора.
Получается, что в совершенстве использование «жижи» должно сопровождаться медикаментозным подавлением холодовой реакции. (В случае если охлаждать лишь отдельный орган, подводя раствор к нему, такое подавление может и не потребоваться.)
А ещё медики экспериментируют со смешиванием синтетических заменителей крови, Ice Slurry и кислорода, что в сумме должно дать замечательный защитный эффект для органов.
Сравнительно не так давно Коса, последовательность его сотрудников по лаборатории, и врачи из чикагского университета объединились, дабы показать преимущества Ice Slurry в трёх типах операций: лапароскопической хирургии почек, сердечно-сосудистой хирургии и в операциях, каковые в другом случае несут большой риск неврологических повреждений позвоночника и головного мозга.
В ближайший год команда собирается взять разрешение на первые клинические тесты собственной технологии. Причём первым «кандидатом» на апробацию на людях будут операции на почках. Потому, что при таких операциях кровоток в почках практически заканчивается, охлаждение их посредством ледяной взвеси даст медикам дополнительное время.
Тесты данной технологии на больших животных дали многообещающие результаты.
Дальше напрашивается военное использование новинки: спасение воинов, пострадавших на поле боя. Ice Slurry существенно увеличит время, за который человек может выжить в ожидании квалифицированной помощи. А ещё этот состав имел возможность бы поменять разработку хранения донорских органов.
В общем — возможности занимательные.
В скором времени Кен сохраняет надежду отыскать биомедицинскую компанию (уже идут переговоры), которая была бы заинтересована в коммерциализации «ледяной крови», налаживании её производства и выпуска соответствующего оборудования.
А о давешней неудаче с кондиционированием на базе Ice Slurry уже никто и не вспоминает. Не смотря на то, что, в случае если поразмыслить, может, как раз провал того проекта подтолкнул изобретателей необыкновенной суспензии к её другому, медицинскому применению. Правильно говорят, нет худа без хороша.
