Джоэль Курцмен - Да сгинет смерть! [Победа над старением и продление человеческой жизни]

Бионические суставы и кости

В артропластике — пластической хирургии суставов — бионические заменители нашли широкое применение. Повреждения суставов и костей очень часто возникают в результате переломов, артрита, бурсита и целого ряда других деформирующих заболеваний.

Первые эксперименты с бионическими суставами в начале 50-х годов сводились к следующему: на верхнем конце бедренной кости, обработанном в форме шара, крепилась искусственная головка из нержавеющей стали, которая должна была входить в углубление тазобедренного сустава. Но добиться точного соответствия стального шара и углубления очень трудно, поэтому такие операции не всегда удавались. В тех же случаях, когда в тазовых костях также имелись изменения, этот метод помочь не мог. Зачастую стальная головка отламывалась от бедренной кости в результате износа.

Но в 1954 г. англичанину Джону Чарнли из Райтингтонского госпиталя в Уигане пришла в голову мысль изготовить цельный сустав из тефлона и стали, который позволил бы хирургу заменить всю систему сустава. Чарнли надеялся, что такой сустав придет на помощь не только тем больным, у кого сломана головка бедра, но и тем, у кого разрушена вертлюжная впадина. При полной замене тазобедренного сустава искусственным отпадает проблема точной подгонки: бионический сустав предназначен для замены обеих частей тазобедренного сустава, и его можно будет отлично подогнать перед вживлением в отсутствие больного.

Тазобедренный сустав Чарнли очень точно копировал природную модель, разве что головка, сделанная из нержавеющей стали, и впадина, изготовленная из тефлона, делались меньших размеров во избежание трения. Сустав приклеивался к костям акриловым клеем. Чарнли надеялся, что его детище прослужит не меньше десяти лет — эта цифра объяснялась тем, что больным, нуждающимся в искусственном суставе, обычно около 60 лет, они нуждаются в протезах, которые выдержали бы до конца их жизни, не требуя дополнительной операции. Однако стендовые испытания на прочность показали, что тефлон сможет выдержать от силы два-три года.

В 1962 г. один из техников Чарнли случайно обнаружил, что полиэтилен, из которого делают все на свете — от детских игрушек до корпусов автомобилей, — за три недели изнашивается меньше, чем тефлон за один день. В том же году Чарнли начал заменять тазобедренные суставы искусственными, сделанными из головок нержавеющей стали и полиэтиленовых вертлюжных впадин. С тех пор он осуществил свыше 5000 операций и настолько отшлифовал свою технику, что теперь может сделать в день шесть операций по замене сустава, причем каждая операция занимает около часа.

Бионические запасные части были разработаны и для других суставов. Для суставов рук, пальцев, большого пальца на ноге используется в основном силастик — силиконовый пластик. Для искусственных запястий, коленных чашечек, локтевых суставов, плеч и лодыжек применяются разные материалы: силастик, нержавеющая сталь, кобальт, хром, полиэтилен и другие сплавы и пластики.

Суставы часто трудно воспроизвести, потому что они несут разнообразные нагрузки. Голеностопный сустав, например, состоит из шести косточек, рассчитанных на то, чтобы сустав сгибался и растягивался одновременно в нескольких направлениях, давая нам возможность не только ходить и бегать по ровному месту, но и карабкаться в гору. Кроме того, голеностопный сустав призван уравновешивать положение ступни. Когда вы поднимаетесь по лестнице, он испытывает иные нагрузки, чем во время танцев или ходьбы по песку.

Приступая к изготовлению искусственного голеностопного сустава, Теодор Во, хирург-ортопед из Калифорнийского университета в Ирвайне, решил точно скопировать природную модель. Из сплава хрома и кобальта он сделал Т-образный штырь, который можно вмонтировать в главную из двух костей голени (tibia). Затем прикрепил поверх талуса (самой крупной кости голеностопного сустава) куполообразную пластину из этого же сплава таким образом, чтобы головка "Т" опиралась в перевернутом положении на купол и могла свободно сгибаться и двигаться в точном соответствии с движениями настоящего голеностопного сустава. Жидкость в теле служила естественной смазкой искусственного сустава.

Этот сустав весит всего 140 г, но он крепче природной лодыжки. Из 15 прооперированных Во больных большинство в первые же пять дней уже ходило на костылях, а примерно через месяц — без всякой опоры. Как говорит сам изобретатель, достоинство этой операции в том, что с ней может справиться любой опытный ортопед, и, таким образом, она может принести облегчение тысячам искалеченных людей.

Ученые не только разработали заменители почти всех суставов человека, но работают и над изготовлением искусственных костей. Первые имплантаты, сделанные из прочного и легкого металла титана, по-видимому, скоро уступят место стеклу и другим заменителям костной ткани. Ларри Хенч, директор Отделения биомедицинской инженерии Университета штата Флорида, назвал изготовленные им стеклянные кости "биостеклом" ("биоглас"). В основе этого материала лежит стекло, очень похожее на обычное оконное стекло, но приготовленное из чистого кварцевого песка. К стеклу добавляют окись натрия, кальций и фосфор, которые "обманывают" организм, как будто в него пересадили настоящую кость. А так как эти химические вещества постепенно выводятся из организма, естественная кость постепенно сливается с биостеклом. Как полагают, новый материал будет гораздо лучше титана, ибо он образует "каркас", на котором может расти нормальная кость. Этот каркас, как скелет внутри скелета, окажется заключенным в заново выросшую кость, и таким образом появятся новые тазобедренные суставы, руки, бедра и даже зубы, которые по силе и прочности будут намного превосходить природные.

Бионические сухожилия, связки и мышцы

Связки соединяют кости друг с другом, а сухожилия — длинные тяжи из прочных белковых волокон — соединяют мышцы и кости. И те и другие обладают слабой регенерационной способностью и не всегда заживают после разрыва или сильного растяжения. Когда рвется сухожилие, мышцы, соединенные с ним, могут сократиться и "втянуть" конец сухожилия, так что он теряется среди мышц ноги или руки и его приходится выуживать хирургическим путем.

В прошлом порванные сухожилия сшивали, но никогда нельзя было предвидеть, насколько удачно пройдет такая операция. Позднее была разработана методика, которая заключалась в том, что с сустава снималась связка, затем с ее помощью соединяли мышцы и кость, так что она занимала место сухожилия. Обычно операции по замене сухожилия связкой давали хорошие результаты, но их недостатком оказывалось ослабление сустава, с которого брали связку.