Не испугавшись неудачи, Бьорк разработал оксигенатор с вращающимися дисками, к которому по совету инженеров-химиков с соседней фабрики добавил силиконовую оболочку. После нанесения силиконового покрытия на все участки, подверженные взаимодействию крови с внешней поверхностью, значительно улучшилась работа всей системы с кровью. Использование воздушного компрессора с дисками из нержавеющей стали, совершающими 120 об/мин, позволяло эффективно насыщать кровь кислородом без чрезмерного повреждения эритроцитов. Бьорк заметил, что, просто увеличивая количество вращающихся дисков, можно повысить оксигенацию в два раза.
В октябре 1947 года модернизированный аппарат успешно поддержал кровообращение 20-килограммовой собаки, которую Бьорк и его жена, работавшая инженером-химиком, перевезли в свою квартиру в багажнике взятого напрокат автомобиля.
Утром супруга радостно сообщила: «Моча прозрачная, без крови, поэтому гемолиз, по всей вероятности, низкий. Почки в порядке!»
Тем временем команда Гиббона вернулась к исходной точке: ученые разобрали аппарат до основных элементов и постоянно тестировали новые модификации и компоненты. В 1951 году в Джефферсон прибыла вторая модель IBM, и результаты лабораторных исследований оказались гораздо более обнадеживающими. Однако поворотный момент наступил, когда два резидента Томас Стоукс и Джон Флик обнаружили, что добавление турбулентности к кровотоку значительно увеличивает поглощение кислорода. Поэтому они покрыли поверхность вращающегося цилиндра оксигенатора тонкой проволочной ширмой, которая усилила контакт между эритроцитами и кислородом на 700–1000 %.
Вот как сам Гиббон описывал новый оксигенатор: «Механическое легкое осуществляет газообмен, образуя пленки крови по обеим сторонам вращающихся ширм. Проволочные ширмы из нержавеющей стали подвешены вертикально и параллельно в пластиковой камере. Когда кровь (из тела) протекает через эти ширмы, она поглощает кислород и выделяет углекислый газ.
Легко заметить, что аппарат насыщает кровь достаточным количеством кислорода, по тому, как синяя на входе венозная кровь краснеет на выходе». Он также решил не отказываться от роликового насоса Дебейки, который перекачивал кровь, не соприкасаясь с ней. Вращающееся колесо с тремя роликами по окружности просто проталкивало кровь вверх по петле гибкой трубки – этот механизм до сих пор используется в современных аппаратах искусственного кровообращения.
Рисунок 6.2: Викинг Бьорк и его аппарат искусственного кровообращения.
В Миннесоте Деннис и Вишер не отставали.
Они получили финансовую поддержку богатой организации Variety Club и киноиндустрии, по инициативе актера Рональда Рейгана строившей новую кардиологическую клинику в Миннеаполисе. Деннис сначала попытался пустить кровь в кислородной палатке через целлофановые трубки. Предполагалось, что целлюлозная оболочка выступит в роли диализной мембраны. По мнению Денниса, защита крови от прямого контакта с газом позволит избежать пенообразования и бактериальной контаминации. Отличная идея, но неверная. Скорость проникновения кислорода через мембрану была слишком низкой и приводила к стазу и свертыванию. Тогда ученые попробовали вводить кислород непосредственно в протекающую по мембранным трубкам кровь, однако из-за пенообразования такой подход тоже оказался непрактичным. Наконец, исследователи решили подать кислород в тонкую пленку крови на поверхности вращающегося стеклянного цилиндра (это напоминало попытки Бьорка и Гиббона) и заметили, что в этом случае пенообразования не происходило, а оксигенация была достаточно высокой, чтобы поддерживать жизнь животного.
Затем Деннис и Вишер разработали усовершенствованный насос Гиббона: группу цилиндров из нержавеющей стали, которые вращались под воздействием крови и кислорода. Крутящаяся воронка собирала обогащенную кислородом кровь, и та поступала обратно в тело. С целью уменьшить гемолиз вместо классического роликового насоса Дебейки были установлены модифицированные насосы Дейла-Шустера. Несмотря на преобразования, аппарат оказался громоздким и неудобным для чистки. Кроме того, у большинства собак возникали смертельные повреждения крови. Позднее стало очевидно, что оборудование часто загрязнялось бактериями, и многие животные погибали из-за инфекций.
Рисунок 6.3: Кларенс Деннис и его аппарат.
В следующем году ученые внесли больше изменений в дизайн оксигенатора и прибегли к мощной антибиотикопрофилактике. Время шло, и исследовательской группе нужно было решить, что делать дальше: продолжать разочаровывающую битву в лаборатории или переходить к работе с пациентами. В апреле 1951 года после открытия новой кардиологической клиники детские кардиологи представили шестилетнюю девочку с большим дефектом межпредсердной перегородки и жидкостью в легких. Кровь из ее левого желудочка сбрасывалась в правый, а из правого шла в легкие. Это ухудшало качество жизни девочки, кроме того, в долгосрочной перспективе наличие такого избыточного тока крови через легкие вызывает изменения в легочных сосудах и в самом сердце, развивается легочная гипертензия и сердечная недостаточность. Это и послужило для Денниса стимулом – он решился на операцию. Однако, когда ребенка подключили к АИК, из увеличенного сердца вышло столько крови, что она затопила оксигенатор. Аппарат, согласно отчету, все же справился с нагрузкой, а вот детский организм – нет. Девочка скончалась вскоре после отключения АИК, как и собаки.
Это была первая в мире кардиологическая операция с использованием экспериментального АИК, и, естественно, результат стал для всех огромным разочарованием. Но в то время альтернативы не существовало.
Ни гипотермия, ни техника предсердного колодца еще не тестировались на пациентах, поэтому миннесотские хирурги сделали весьма смелый шаг. Один из многих.
После 23-х лет интенсивных исследований Гиббон наконец отважился прооперировать человека – это произошло в феврале 1952 года.
Вот его доклад, представленный на симпозиуме в Миннесотском университете: «Пациентом был 15-месячный ребенок, который весил пять килограммов и страдал тяжелой сердечной недостаточностью. Попытки катетеризации сердца оказались безуспешными. Все, кто видел ребенка, сходились во мнении, что проблема заключалась в дефекте межпредсердной перегородки. Мы исследовали правую половину сердца с помощью аппарата и пришли к выводу, что дефект отсутствует. Ребенок умер на операционном столе, и вскрытие показало огромный открытый артериальный проток, который не был распознан. Это, конечно, иллюстрирует важность полного предоперационного обследования каждого сердца. Мы могли бы спасти этого ребенка, если бы закрыли артериальный проток».
Разумеется, это была полная катастрофа, что очень расстроило хирурга, более склонного к саморефлексии, чем его коллеги по цеху. Однако АИК функционировал хорошо, и Гиббон решился еще на одну попытку. Следующей его пациенткой стала Сесилия Баволек, 18-летняя студентка, не имевшая никаких жалоб до тех пор, пока полгода назад у нее не появились симптомы сердечной недостаточности. В первые месяцы 1953 года девушку трижды госпитализировали с кровохарканием. Катетеризация сердца показала значительный дефект межпредсердной перегородки: каждую минуту из ее левого предсердия в правое перетекало целых девять литров крови. Гиббон объяснил это самой Сесилии и ее родителям, предупредив, что качество ее жизни и прогноз будут лишь ухудшаться.
Рисунок 6.4: А. Джон Гиббон и его жена Мэри работают над первым аппаратом искусственного кровообращения, который стал использоваться в клинической практике. Б. Фотография, сделанная в операционной во время успешной операции Гиббона.
Хотят ли они, чтобы он устранил дефект, подключив девушку к АИК? Приспособлению-монстру, к использованию которого нужно было готовиться несколько часов и которое еще ни разу не было успешно применено. Да, они этого хотели.
Выбор был не велик: либо экспериментальная операция, либо наблюдение за тем, как она мучительно угасает в течение следующих нескольких месяцев.
В судьбоносное весеннее утро 6 мая 1963 года заинтересованные студенты-медики выстроились в очередь возле операционной, намереваясь добровольно сдать кровь, которая требовалась для «заправки» аппарата. Все компоненты АИК были обработаны гепарином, чтобы предотвратить свертывание крови, а включенный роликовый насос распределял кровь по соединительным и всасывающим трубкам.
Сложность аппарата поражала собравшихся зрителей, атмосфера в помещении звенела от напряжения. Грудь пациентки обработали раствором йода и задрапировали, чтобы сделать дугообразный разрез поперек грудной клетки. В коротком отчете об операции, написанном от лица эмоционально истощенного Гиббона, второй ассистент Роберт Финли-младший, возможно, преуменьшил историческую значимость этой процедуры:
«Когда пациентке была проведена тиопенталовая и кислородная эндотрахеальная анестезия, грудную клетку вскрыли через четвертый межреберный промежуток билатерально[57]. Правое предсердие было увеличенным, но при инвагинации ушка предсердия пальцем можно было почувствовать большой дефект межпредсердной перегородки. Затем пациентку на 26 минут подключили к оксигенирующему аппарату, который полностью заменил функцию сердца и легких. Ушко правого предсердия вскрыли и напрямую зашили дефект шелковой нитью. Пациентка хорошо перенесла процедуру».
Обычно Гиббон сам описывал свои операции. Тот факт, что в тот день он поручил составление отчета другому человеку, говорит о сильнейшем стрессе, который он испытывал. Ему пришлось вступить в ожесточенную перепалку с анестезиологами, когда на отдельных вращающихся ширмах стали образовываться сгустки крови, что свидетельствовало о недостаточной гепаринизации. Велись даже разговоры о том, чтобы завершить процедуру на этом этапе. Первый ассистент, Фрэнк Олбриттен, разрядил обстановку, предложив для экономии времени зашить отверстие, а не использовать заплату из перикарда, как планировалось изначально. Результатом стало то, что так требовалось кардиохирургии. Успех. После отключения от аппарата сердце и легкие Сесилии начали работать самостоятельно, и, пока ей накладывали последние кожные швы, она начала приходить в себя. Уже через час, лежа в кислородной палатке, девушка разговаривала с медсестрами.