VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Искусственные органы: проблемы и преимущества
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Человек, являясь биологическим существом, может подвергаться воздействиям окружающей среды и различным заболеваниям. Человеческий организм обладает некоторой износостойкостью, но из-за некоторых обстоятельствах (ранение, болезнь, несчастный случай и т.д) отдельные органы приходят в неработоспособное состояние. Зачастую такие случаи происходят не только с постаревшим организмом, но так же и с молодым. Есть много примеров смерти молодых людей из-за отказа определенных органов: сердца, печени или любого другого жизненно важного органа. Из-за этого складывается ситуация потеря молодого, где-то даже талантливого населения, на которые тратятся общественные ресурсы для получения образования, воспитания. Так же не стоит недооценивать детей, которым не посчастливилось родиться с дефектными или слабыми органами. Все эти люди могли принести пользу обществу, не случись преждевременная смерть органов. Таким образом, формируется весьма актуальная проблема сохранения населения и его здоровья, частью решения которой могли бы стать медико-технические достижения, такие как пересадка органов или их имплантация.
Одним из способов спасения человека является пересадка или имплантация ему здоровых и нормально функционирующих органов. Такой способ имеет как свои плюсы, так и недостатки.
В плюсы можно включить
Социальная ответственность:
Есть социальная ответственность, чтобы сделать что-то на благо общества взамен того, что он/она получает. Пожертвование органов нуждающимся, и предоставление им возможности продолжать жить это хороший способ, с помощью которого можно помочь обществу. Этот способ также в значительной степени помогает человечеству
Помогает семьям погибших, преодолеть горе:
Когда умирает близкий человек, его семьи пытается сделать все, что может помочь им преодолеть свое горе. Некоторые из них могут прибегнуть к благотворительности от имени умершего, пожертвовать органы умершего и подарить здоровую и продуктивную жизнь нуждающемуся человеку.
Хотя это не утолит боль утраты, сама мысль, что кто-то приобретет способность жить комфортной жизнью с помощью сердца или глаза любимого человека, очень приятно.
Улучшает качество жизни:
Пересадка здоровых органов из тела одного человека к другому также помогает в значительной степени улучшить и повысить качество жизни получателя. Это может быть лучшим свидетельством в случае пациентов, которые страдают от нарушений или почечной недостаточностью. Для того, чтобы жить, они должны полностью зависеть от диализа, и внешней искусственной замены для функции почек. Процесс не только трудоемкий и однообразные, но также очень дорогой. Пересадка почки позволяет пациенту вернуться к своей привычной жизни, в которой он/она не должны зависеть от искусственного лечения, чтобы быть живым.
В недостатки можно включить
Опасность для донора:
Донорский организм сам подвергается опасности, т.к. становится несколько неполноценным, при этом его изначальные функции сбиваются, что может привести к летальному исходу для донора.
Непринятие организмом пересаженных органов:
Так же, несмотря на детальный анализ организмов при трансплантации, реципиент не всегда принимает донорский орган. Причина, прежде всего, в отторжении иммунитетом реципиента чужеродных клеток донора и в необходимости этот иммунитет подавлять, что, безусловно, негативно сказывается на здоровье реципиента
Единство жизненной важности органов:
Донорство некоторых органов может быть невозможно из-за сложности пересадки или же по причине единственности и жизненной важности некоторых органов. Например, при пересадке сердца организм донора погибает
Таким образом становится ясно, что гомотрансплантация не может стать повсеместным и универсальным способом решения поставленной проблемы, как по причине сложности поиска донора, так и по причине опасностей, сопровождающих процедуру пересадки. Альтернативой может стать создание и имплантация искусственных органов, способных выполнять соответствующие функции и поддерживать жизнедеятельность организма.
История создания искусственных органов.
История развития искусственных органов насчитывает не один десяток лет. Создать «запасные части» — заменители естественных органов — люди стремились уже с давних времен. Еще 2000 лет назад греческий историк Геродот рассказывал о воине, который отрубил прикованную ступню, чтобы бежать из плена, и многие годы потом ходил с деревянной ногой. А при раскопках у итальянского города Капуи археологи нашли бронзовую ногу римского легионера, заменившую потерянную им в одном из сражений более 1500 лет назад. В средние века искусственные конечности — протезы стали делать подвижными.
1925 год - это год, когда С. Брюхоненко и С. Чечулин (советские ученые) провели опыт со стационарным аппаратом, способным заменить сердце. Вывод из этого опыта состоял в следующем: голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу. 1925 год принято считать началом отсчета в истории разработок искусственных органов.
В 1936 году ученый С. Брюхоненко самостоятельно разрабатывает оксигенатор - аппарат заменяющий функцию легких. В этот момент появилась теоретическая возможность, что теперь можно поддерживать полную жизнеспособность отделенных голов животных до нескольких суток. Но на практике подтвердить эту теорию не удалось. Было выявлено много недостатков оборудования: разрушение эритроцитов, наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения. Из-за этого первое применение подобного оборудования затягивается на 17-20 лет.
Начало 1937 года - В. Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает.
1943 год - Нидерландский ученый В. Кольфф разрабатывает первый аппарат гемодиализа, то есть, первую искусственную почку. Через год он уже применяет аппарат во врачебной практике, в течение 11 часов поддерживая жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.
1953 год - Дж. Гиббон, ученый из Соединенных штатов, при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие. Начиная с этого времени, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии.
1969 год - Д. Лиотта и Д. Кули впервые испытывают в теле человека имплантируемое искусственное сердце. Сердце поддерживает жизнь пациента в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантанта. Но вскоре после трансплантации пациент погибает.
В течение последующих десятилетий разработки новых аппаратов не производятся. Устраняются ошибки предыдущих изобретений.
Использование искусственных органов в современной жизни.
В настоящее время появляются все больше новых аппаратов, приборов и на их изготовки уходят не десятки лет как раньше, а около нескольких месяцев.
Первая область развития искусственных органов касается области человеческого мозга, возможности которого до конца не изучены. Тем не менее, определенные манипуляции с мозгом проводятся, в основном с целью излечения болезней. Профессор Университета Южной Каролины после длительных исследований создал чип, способный заменить гиппокампус — часть мозга, ответственную за кратковременную память, а также ориентацию в пространстве. Поскольку гиппокампус зачастую подвергается нарушениям при нейродегеративных заболеваниях, то данный чип, ныне проходящий лабораторные испытания, может стать незаменимой вещью в жизни многих больных.
Немецким ученым из Института биохимии имени Макса Планка после длительных исследований удалось совместить живые клетки головного мозга с полупроводниковым чипом. Важность открытия заключается в том, что данная технология дает возможность выращивать очень тонкие полоски тканей на чипе, в результате чего он позволит очень подробно наблюдать взаимодействие всех нервных клеток между собой путем выявления сигналов, посылаемых клетками через синапсы.
Следующая область, в которой искусственные органы применяются достаточно часто, это слуховой аппарат человека. К счастью, в отличие от зрения, частичное и даже полное восстановление слуха реализуется проще, поэтому уже достаточно давно существуют слуховые аппараты. Принцип их работы прост: с помощью микрофона, расположенного за ухом, аудиосигнал передается на вторую часть аппарата, стимулирующую слуховой нерв – по сути, слуховой аппарат увеличивает громкость воспринимаемого звука.
Профессором Мириам Фарст-Юст из Школы электротехники Тель-авивского университета был разработан новый вид прикладного программного обеспечения «Clearcall». Данная программа предназначена сугубо для слуховых аппаратов и позволяет более четко слышать в шумных местах звуки, распознавать речь, а также отфильтровывать фоновые шумы.
Что касается материалов для создания искусственных органов, то в основном используются полимеры. Например, полиэтилен низкой плотности и поликапролактам используется для создания изделий, контактирующих с тканями организма. Поликарбонат используется для создания корпуса и деталей желудочков и стимуляторов сердца. Флоропласт-4 используется для протезов сосудов и клапанов сердца. Полиметилметакрилат применяют для создания деталей аппаратов «искусственная почка», «сердце - легкие». А для создания бесшовных соединений используется цианакрилатный клей.
Перспективы в использовании искусственных органов
Возможность сохранения человеческой жизни в случаях ожидания донорского органа.
К примеру можем отнести искусственную почку, которая помогла бы человеку с почечной недостаточностью продержаться несколько часов для поиска и установления почки от донора.
Большое количество разработок и усовершенствование ныне существующих искусственных органов.
К примеру: до 1950 года искусственные органы могли поддерживать жизнь человека всего несколько часов, в настоящее время можно вообще заменить настоящий орган, в случае его отказа, искусственным.
Возможность сохранения человеческой жизни в случае потери настоящего органа.
Например: в автомобильной катастрофе у гражданина Н. была повреждена рука, как оказалось в дальнейшем подлежащая ампутации. Чуть позже гражданином Н. был приобретен протез способный исполнять полные функции ранее ампутированной конечности.
Возможность замены нефункционирующего органа с рождения.
Например: ребенок родился слепым, но благодаря внедрению вируса снабженного «лечебным геном» в определенное количество клеток «чинит» сетчатку и ребенок спустя некоторое время, и некоторых процедур начинает видеть.
Проблемы в использовании искусственных органов.
Большой риск при внедрении нового органа.
Например: искусственный орган может быть отторгнут организмом, именно поэтому практически все протезы применяемые человеком являются титановыми.
Дорогая стоимость искусственных органов.
К примеру: зачастую такие органы как сердце, почки и т.д стоят больше 200.000$ включая операцию.
Отсутствие достаточного количества квалифицированных специалистов и оборудования для проведения данных операций.
Пример: по всему миру существует не так много клиник способных провести такую сложную операцию либо из-за отсутствия оборудования, либо из-за отсутствия врачей способных провести данную операцию.
Заключение.
Подводя итог вышесказанного, мне хочется сказать, что вопрос о развитии и применении искусственных органов – достаточно спорный.
Не существует единой точки зрения на данную проблему. Нет единой технологии производства и разработок в данной сфере, что положительно сказывается на развитии биологической науки. Вопрос о будущем применении искусственных органов остается спорным. Но моя точка зрения такова, что в будущем человечество либо будет усовершенствовать искусственные органы, либо найдет альтернативный путь решения этой проблемы. Таким образом задачи поставленные мною в проекте достигнуты. Получены результаты и практические знания.
Материал используемый при исследовательской деятельности.
Брюхоненко С.С., Чечулин С.И. (1926), Опыты по изолированию головы собаки (с демонстрацией прибора) // Труды II Всесоюзного съезда физиологов. — Л.: Главнаука, — С. 289-290
Демихов В.П. (1960), Пересадка жизненно важных органов в эксперименте. — М.: Медгиз
https://ru.wikipedia.org/wiki/Трансплантология
https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственная_почка
https://itc.ua/articles/iskusstvennye_organy_na_puti_k_kiborgam_49486/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственное_сердце