Хотя значимость гепарина обычно преуменьшают, его производство стало одним из важнейших шагов на пути к искуственному кровообращению. Однако требовалось вещество-антагонист, поскольку в противном случае пациент мог просто истечь кровью. Таким препаратом стал протамин – пептид, который быстро связывается с гепарином, нейтрализуя его антикоагулянтный эффект. Протамин изолировали из рыб, и сейчас довольно трудно поверить, что эволюция кардиохирургии до такой степени зависела от говяжьих кишок и молоки лосося.
Через полгода после «ночи легочной эмболии» Гиббон со своей женой Мэри, работавшей у Черчилля научным сотрудником, переехал в Филадельфию. Утро они проводили в операционной, а днем продолжали исследования в лаборатории. Хотя Гиббону так и не удалось реализовать концепцию, пленившую его воображение, он установил крепкие рабочие отношения с физиологом Юджином Лэндисом. «Именно этот человек, – писал Гиббон, – поддержал мою идею создать аппарат экстракорпорального кровообращения, способный временно взять на себя кардиореспираторные[56] функции».
Хотя Черчилль относился к затее Гиббона скептически, он предложил ему присоединиться к годичной программе в Гарвардских лабораториях хирургических исследований. Первый аппарат, который должен был заменить функцию легких, представлял собой вращающийся стеклянный цилиндр, на который наносилась тонкая пленка крови. Для проведения экспериментов требовалось предотвратить свертывание крови, поэтому запасы гепарина получали напрямую из Торонто. Гиббон опробовал аппарат на кошках: кровь поступала из яремной вены и собиралась на дне стационарной стеклянной чашки в чехле, по которому циркулировала теплая вода для предотвращения переохлаждения. Кровь насыщалась кислородом и очищалась от углекислого газа, прежде чем вернуться в организм животного через бедренную артерию. Гиббон и Мэри использовали простой насос для переливания крови, разработанный Майклом Дебейки, заведующим кафедрой хирургии в Медицинском колледже Бейлора.
Уже через несколько месяцев удалось заменить функцию легких кошки на четыре часа. Более того, у некоторых животных после подключения к аппарату восстанавливалась работа сердца и легких. Несмотря на то, что многие кошки умирали от тяжелого гемолиза – разрушения эритроцитов, в результате которого развивалась почечная недостаточность, – результаты экспериментов воодушевляли.
Хирургическая практика отнимала у Гиббона все больше времени, и Мэри возглавила работу в лаборатории. Рано утром она стерилизовала оборудование, давала кошке анестезию и вскрывала грудную клетку животного, чтобы обнажить сердце и ввести антикоагулянт. К приходу Джона Мэри включала аппарат и пережимала легочную артерию, чтобы остановить легочное кровоснабжение. Насос и механический оксигенатор брали на себя функцию сердца и легких.
«Мы с женой, обнявшись, кружились по лаборатории», – гораздо позже будет вспоминать Гиббон то счастливое время. Ночами, однако, им приходилось патрулировать улицы с мешком и кусочками тунца!
Хотя изначально стимулом к проведению экспериментов было желание сохранить жизнь пациентов после массивной легочной эмболии, вскоре стало очевидно, что потенциал АИК для кардиохирургии гораздо значительнее. Рассказывая о своих наблюдениях на собрании Американской ассоциации торакальной хирургии в 1939 году, Гиббон скромно предположил: «Вполне вероятно, что мы сможем оперировать митральный клапан под прямым визуальным контролем и что скоро горизонты кардиоторакальной хирургии сильно расширятся».
В его планы вмешалась военная служба, как это случилось со многими людьми того времени: Гиббона назначили заведующим хирургическим отделением Больницы общего профиля Мейо. После этого он стал доцентом кафедры хирургии Пенсильванского университета, а затем – руководителем хирургических исследований в Медицинском колледже Джефферсона. Для Гиббона это означало доступ к хорошо оборудованным лабораториям, в которых он мог работать с более крупными животными. В 1946 году произошел важный и совершенно неожиданный прорыв. Во время отпуска супруги Гиббон встретили Томаса Уотсона, главу компании IBM. Уотсон был восхищен огромным потенциалом АИК и незамедлительно предложил техническую и финансовую поддержку проекта. С помощью инженеров Endicott Laboratories компании IBM получилось разработать более сложный аппарат, позволявший свести к минимуму риск гемолиза и предотвратить попадание пузырьков воздуха в кровоток.
Пленочный оксигенатор увеличили в размерах – теперь его можно было применять на собаках и поместить в терморегулируемый шкаф вместе с кровяным насосом. Во втором шкафу размещались система питания и блок управления. Заручившись поддержкой коммерческих исследовательских фондов, Гиббон отобрал талантливых молодых резидентов для работы в лаборатории, однако попытки оперировать сердца собак, подключенных к АИК, приводили к высокой смертности. В системе IBM был выявлен ряд проблем. Для более крупных животных оксигенация оказалась недостаточной, средства управления часто давали сбой, а эритроциты в аппарате по-прежнему повреждались. В то же самое время разработкой АИК занимались и ученые других стран – о выдающемся вкладе одного из таких исследователей, к сожалению, мало кто слышал за пределами его родины.
Сергей Брюхоненко, сын инженера, окончил медицинский факультет Московского государственного университета в 1914 году.
С началом Первой мировой войны его направили в армию, где он стал свидетелем многих случаев геморрагического шока в результате боевых ранений сердца и повреждения крупных кровеносных сосудов. Желая помочь раненым, Брюхоненко начал работать над созданием АИК, который смог бы поддерживать жизнь пациента во время операции. Его аппарат, получивший название «автожектор», обслуживался двумя механическими мембранными насосами с системой односторонних клапанов в трубке. В качестве антикоагулянта Брюхоненко использовал новый препарат синантрин, который получил в Научном химико-фармацевтическом институте (НХФИ НТУ ВСНХ СССР).
На этом этапе у него не было механического оксигенатора, поэтому кровь пропускалась через вырезанные собачьи легкие. В 1926 году в ходе эксперимента автожектор смог поддерживать кровообращение другого животного на протяжении двух часов, пока не началось сильное кровотечение из сосуда грудной стенки. Это было первое в мире исследование такого типа, и после нескольких других, более обнадеживающих попыток Брюхоненко писал, что они с коллегой С. И. Чечулиным хотели с помощью этих экспериментов прояснить возможность хирургических вмешательств на временно остановленном сердце: «В принципе, искусственное кровообращение может быть использовано для определенных операций на остановленном сердце, однако необходимо дальнейшее усовершенствование этой техники для ее практического внедрения».
Рисунок 6.1: Сергей Брюхоненко и его аппарат искусственного кровообращения.
В 1931 году Брюхоненко добавил к автожекторной системе теплообменник и глубокую гипотермию и запатентовал свой аппарат. С помощью этого устройства хирург Николай Теребинский провел более 250 операций на открытом сердце у собак. Было решено, что собачьи легкие не должны использоваться при оперировании людей, поэтому Брюхоненко разработал пузырьковый оксигенатор. Он состоял из стеклянного сосуда с двойными стенками, внутренний блок которого путем вспенивания насыщал венозную кровь кислородом, а внешний выступал в качестве теплообменника. Пузырьки воздуха устранялись спиртом, прежде чем насос возвращал оксигенированную кровь в тело животного.
В 1939 году они добились полного восстановления у собак, охлажденных до 10°C и подвергнутых десятиминутной полной остановке кровообращения. По-видимому, ни у одного из животных не наблюдалось явных неврологических повреждений. В 1941 году Брюхоненко собирался опробовать свой АИК на пациенте, но вмешалась Вторая мировая война. Хотя в 1950 году эксперименты возобновились, Теребинский умер до того, как эту систему получилось внедрить в кардиохирургическую практику. Брюхоненко, назначенный руководителем Московской лаборатории искусственного кровообращения, решил протестировать аппарат для экстренной реанимации при внезапной смерти.
Это была оригинальная и сложная для того времени идея, но все пациенты умерли. Его АИК ни разу не использовался при операциях на открытом сердце человека.
В 1960 году Брюхоненко скончался.
Оуэн Вангестин не только поддерживал операции Лиллехая с применением перекрестного кровообращения, но задумывался над созданием его механической альтернативы и даже обсуждал варианты с Морисом Вишером, руководителем отделения физиологии. Вместе они обратились к Кларенсу Деннису, талантливому молодому выпускнику Университета Хопкинса, на которого большое влияние оказал Блэлок. Они попросили его узнать, что ученые делали в этой области. Разумеется, никакого секрета тут не было. Гиббонс рассказывал о своей работе на конференциях, другие исследователи также пытались с помощью кровяных насосов и искусственных легких продлить жизнь органов, надеясь использовать их для пересадки. К сожалению, большинство попыток с треском провалились, поэтому сохранять оптимизм по поводу того, что аналогичные усилия позволят поддерживать все тело, становилось все труднее. Тем не менее были и те, кто не опускал руки.
Изучив этиологию рака легких с Тюдором Эдвардсом в Бромптонской больнице, Викинг Бьорк вернулся в шведскую больницу Саббатсберг, где его наставником стал Кларенс Крафорд. Крафорд разрабатывал собственный АИК, и, поскольку Бьорк имел большой опыт торакальной хирургии, его попросили возглавить проект, в котором в качестве насосов использовались два доильных аппарата. Добившись хороших лабораторных результатов по насыщению кислородом свежегепаринизированной крови, Бьорк попытался перфузировать мозг собак. Это была катастрофа. Все животные умерли, и Крафорд позволил своему подопечному разрабатывать собственные устройства.