Каким образом?
Для того чтобы согласовать искусственную и естественную системы управления, нужно досконально изучить процесс управления в организме, понять, каким образом поддерживается в нем относительное постоянство внутренней среды.
Многое уже известно науке, за прежние века накоплено колоссальное количество знаний и у медиков, и у биологов. Но все это по большей части сведения описательные, качественные, относящиеся к отдельным органам и системам. Надо как-то увязать эти разрозненные сведения друг с другом, найти их количественное соотношение, выразить математически весь грандиозный комплекс физиологических процессов.
Человек — идеально организованная система, но еще до сих пор не разгадано, как осуществляется в ней идеальное управление. До сих пор неведомо, каким образом сердце «узнает», как ему надо изменить режим работы, сколько в минуту перекачивать крови, чтобы поддерживать жизнь человека в непрерывно меняющихся внешних и внутренних условиях. Не зная этого, не зная, на чем основываются приспособительные реакции сердца, нельзя научиться управлять механическим сердечным протезом.
Как «угадает» искусственное сердце, сколько надо дать «ударов» в минуту, когда человек бежит или когда сочиняет стихи? Как оно сможет обеспечить более интенсивным кровообращением тот или иной заболевший орган? Какой темп должно оно взять, когда студент, умирая от страха, стоит перед экзаменатором, или как должно сбавить темп, когда отличная оценка уже проставлена в зачетной книжке? С какой скоростью нужно «прогонять» кровь по сосудам отдыхающего старика и по сосудам играющего в «классы» ребенка?
Не счесть вопросов, которые можно таким образом поставить. Немыслимо предвидеть и изучить все возможные ситуации, в какие попадает человек на протяжении жизни. А между тем искусственное сердце нужно приспособить именно к каждой ситуации, к любой потребности каждого человека в каждую единицу времени.
Это, казалось бы, неразрешимое уравнение с числом неизвестных, равным бесконечности, можно решить одним путем: создать модель совместной работы различных частей организма, связанных с кровообращением и дыханием. Математическую модель комплекса физиологических систем, закодированную в виде программы для электронно-аналоговой машины.
Сперва это должна быть модель для изучения процессов контроля и управления в человеке и животных, по аналогии с которыми и создается данная модель. И лишь после нее сотворить более полную и сложную, тоже математическую модель для управления искусственным сердцем.
Первая упрощенная модель подразумевает получение ответов от электронно-аналоговой машины на вопросы: как количественно связаны между собой все характеристики организма и как они связаны с кровообращением? С помощью моделирования можно разобраться в этой взаимосвязи, узнать, что происходит в физиологических системах животного, когда к нему подключено искусственное сердце. В конечном счете, изучая модель, можно найти то минимальное (один-два-три) количество самых главных показателей, по которым следует «настраивать» деятельность сердечного протеза.
Найти алгоритм управления. Только после этого можно будет создать другую программу, заложить ее в другой электронный механизм и поручить ему автоматическое управление искусственным сердцем.
Какое из двух научных направлений победит: трансплантация — пересадка — живых сердец или имплантация — вживление — механических? Или, быть может, оба направления объединятся в одно и будут дополнять друг друга?
Такая «объединительная» попытка была уже совершена в апреле 1969 года доктором Дентоном Кули. Человек, ожидавший донора для пересадки сердца — 47-летний X. Карп, — почувствовал себя так скверно, состояние его настолько ухудшилось, что, по словам Кули, он умер бы, так и не дождавшись донора. Кули решил пересадить ему искусственное сердце, обещая заменить его, как только появится подходящий донор.
Дентон Кули имплантировал больному сердце, состоящее из дакроновых волокон и пластиков и работающее от электрического датчика, к которому подключено проводами. Дакроновый протез бился в груди Карпа 63 часа. Потом его заменили сердцем «подходящего» донора. На следующий день реципиент умер.
Клинический эксперимент не был доведен до конца, поэтому никаких выводов по нему нельзя делать. Однако 63 часа работы полного сердечного протеза в организме человека — это обнадеживающе долго.
По утверждению некоторых ученых, речь о временной замене сердца протезом может идти лишь в том случае, если он безупречно проработает в организме не менее 6 месяцев; а для того, чтобы отважиться на постоянную замену, срок этот должен быть намного большим. Исследователи надеются, что «полноценное» искусственное сердце будет готово к практическому использованию в ближайшие 10 лет.
Сегодня, как мы уже знаем, ни одно из двух направлений не может быть применено для лечения людей, потому что ни в одном из них не устранены самые главные препятствия.
В Канаде подсчитали среднюю продолжительность жизни больных, которым была сделана трансплантация сердца, и больных, которым ее по каким-либо причинам не произвели, но они поступили в клинику для этой цели. Оказалось, что первые прожили после операции значительно меньше, чем вторые, не оперированные.
Это о пересадках.
А вот — о замене биологического сердца искусственным. Рассказывает известный американский ученый, профессор хирургии У. Лиллехей:
— В хирургическом лечении сердца достигнуты значительные успехи. Но что, по моему мнению, прежде всего нужно той тысяче людей, которые ежедневно погибают у нас от сердечно-сосудистых заболеваний, — так это новое сердце. Лет десять назад я заявил, что, если бы мне и моим сотрудникам дали достаточно средств на исследования, мы бы создали искусственное, механическое сердце, и его можно было бы поместить в грудную клетку. Но проблема оказалась сложнее, чем мы предполагали вначале, и теперь многие относятся к нашим усилиям скептически, резко уменьшаются ассигнования на исследования. Нам приходится думать о том, где достать деньги для продолжения работы, ведь средства требуются немалые. И тем не менее в этой области уже есть реальные успехи. Один мой коллега из Миссисипи полностью заменяет сердце животных искусственным. В среднем они нормально живут от недели до 24 дней. Я убежден, что механическое сердце поможет радикально решить проблему.
В будущем…
Так что ни для медицины, ни для физики задача пока еще оказалась не по плечу. Не исключено, что в этом беге с препятствиями вырвется вперед третье направление.
Каждый исследователь или каждая группа исследователей избирает свою дорогу. Дорог не так мало.
Явления несовместимости пытаются перехитрить разными способами. Возможную победу сулит метод специального воздействия на определенные участки центральной нервной системы. Делаются серьезные попытки преодолеть у будущих реципиентов (каждый из нас может стать таковым) нетерпимость к чужеродным тканям еще в зародышевом состоянии. Не исключено, что такую терпимость можно будет распространить и на отношения «человек — животное»: приучать зародыш или новорожденного младенца к чужим клеткам не только других людей, но и обезьян, телят, свиней (эти три вида по иммунологическим признакам оказались относительно близкими человеку). Таким образом, может быть решена и проблема доноров.
Напрашивается и более прямой путь: не лучше ли вместо того, чтобы делать прививки из смеси клеток других индивидуумов всем младенцам, чтобы приучить их к чужим белкам, «воспитывать» в этом смысле тех животных, которые будут предназначены для несения «донорской службы»? Лишать их способности вызывать образование особых глобулинов-антител в организме реципиента…
Фантастика! Но — грани между сегодняшней фантастикой и завтрашней наукой так стремительно стираются, что, по-моему, можно сделать еще более невероятное допущение.
…Хирург извлекает из груди больного никуда не годное сердце. Подключает временный протез. Передает сердце «ремонтной бригаде», где его приводят в порядок, тщательно починив все «поломки», и испытывают в изолированном состоянии. Затем искусственное сердце отключают, а отремонтированное, свое, водворяют на место, сшивают все сосуды, помогают включить в нужный ритм. После чего сердце функционирует еще много лет, до естественной смерти человека.
А может быть, наоборот? Свое, отслужившее срок, выбрасывают, имплантируют механическое, которому и вовсе нет износа.
Кому как нравится, по индивидуальному заказу…
Не знаю, как вам, но мне лично не хотелось бы получить взамен своего, сердце свиньи или даже обезьяны. Еще меньше привлекает меня искусственный заменитель. Представление о нем наводит на какие-то несерьезные и совершенно ненаучные мысли: а станет ли оно сжиматься от волнения, а будет ли колотиться в момент внезапной радости? Быть может, когда-нибудь эксцентричный молодой человек предложит моей внучке «руку и искусственное сердце»!..
Да простят мне хирурги и ученые других специальностей, упомянутых в этой книге, сей вольный стиль!
Автор тоже человек, и всего лишь человек, и сердце у него пока еще, слава богу, тоже человеческое. И право же, мне гораздо больше улыбается, если уж будет крайняя необходимость, заменить свое собственное сердце — своим же, но новым.
Нонсенс?
А ведь есть и такая возможность (тот самый «третий путь»). Точнее, пока еще только намек на возможность. Еще точнее — мечты о ней.
Начались эти мечты не очень аппетитно — с лягушек. Впрочем, принципиальной разницы в вопросе заимствования сердца между лягушкой и свиньей я не вижу. Но не пугайтесь, никто не мечтает пересаживать лягушачьи сердца! На сей раз лягушки играют роль подопытных «кроликов».
Лягушки доктора Гердона, молодого зоолога из Оксфордского университета. Совершенно особые лягушки: они родились из клеток кишечного эпителия.
Молекулярная биология — одна из молодых наук, начавших свое существование всего двадцать пять-тридцать лет назад. За эти немногие годы (для науки четверть века — не срок!) в молекулярной биологии произошло, одно за другим, несколько крупных открытий.