Человечество уже сотни лет мечтает о том, чтобы придавать свойства живой материи неживому. Еще в 16 веке возникла легенда о Големе - глиняном великане, якобы оживленном с помощью тайных знании, современные фильмы и книги рассказывают нам о разумных роботах недалекого будущего, об искусственном интеллекте и киборгах, полулюдях-полумашинах. Но существуют ли на сегодняшний день технологии, которые позволили бы создать такого киборга?

  Про имплантацию искусственных элементов в организм можно говорить много: мы решили разбить эту тему на цикл из нескольких статей. Отправной пункт нашего путешествия по телу современного киборга — это кости и суставы.

  К сожалению, не у всех организм работает безотказно. У множества людей подвижность суставов страдает от остеоартроза, травм, опухолей, поражений нервов и сосудов. И далеко не всегда им могут помочь разрекламированные лекарства и мануальные терапевты — порой решить проблему способен только скальпель.

Из чего сделать сустав?

Замена поврежденных суставов искусственными — эндопротезирование — в современных больницах широко практикуется. Пионером в этом направлении в 1850 году стал немецкий доктор Глюк (Gluck), который изготовил и установил пациенту протез тазобедренного сустава из слоновой кости. Последователи Глюка проводили многочисленные подобные операции, используя сталь и цемент, экспериментируя с материалами и конструкциями. Но большинство больных так и не встали на ноги — почти у всех начиналось заражение и, как следствие, воспаление. Ведь на заре эндопротезирования не было ни антибиотиков, ни знаний об иммунитете. У тех же счастливчиков, кто все-таки начинал ходить, боли не прекращались, потому что врачи меняли только головку бедра, а суставную впадину оставляли прежней. Искусственная поверхность терла и без того нездоровую живую и повреждала ее еще сильнее.

  В 1951 году профессор Норвичского университета Джордж Кеннет МакКи (G. К. МсКее) установил первый, так называемый тотальный тазобедренный эндопротез — заменил оба компонента сустава на металлические: и головку, и суставную впадину. У его изобретения еще не было выверенной философии дизайна, да и технологии тогда не позволяли оптимально уменьшить трение между искусственными поверхностями. Недостатков хватало, но, тем не менее, протез имел успех. Позже, в 1960 году, английский профессор Джон Чарнли (G. J. Charnley) использовал для суставной впадины вместо металла полимер высокой плотности. Результаты оказались куда лучше, но и этот вариант не был совершенным. Несмотря на низкое трение между гладкими полированными деталями, полимер со временем все равно истирается, образуя мелкое крошево. Этот «мусор» накапливается окружающими тканями, из-за чего в них нарушается кровообращение, что вызывает боли и неправильный рост соединительной ткани. Сейчас тотальные эндопротезы суставов делают из титановых и стальных сплавов, иногда используются элементы из керамики и пластика. Однако разработки новых материалов с улучшенными свойствами не прекращаются — в идеале износ от трения должен быть сведен к нулю.

Рискованное дело

Операция по замене сустава довольно сложна и требует от врача большой подготовки. Ведь протез нужно заранее подобрать по размеру, он должен быть исключительно устойчивым, не расшатываться и при этом не давить на кость — она от этого со временем становится хрупкой и может сломаться. Ножка протеза должна проходить точно в центре костномозгового канала и с точностью до градуса быть развернута головкой к суставной впадине, чтобы биомеханика при движениях была максимально естественной. Вмешательство хирурга весьма травматично, пациент теряет до полутора литров крови, даже если используется небольшой разрез. Такая операция ослабляет организм, и за больным потом требуется тщательный уход. Поэтому пациента не станут оперировать, даже если у него обнаружится простой кариес, не говоря уже о более серьезных воспалениях — от простуды до пиелонефрита. Скрытая инфекция может стать опасной для человека, ослабленного операцией.

Хирургический ремонт

Сейчас практикуются две хирургические техники — установка эндопротеза на акриловый цемент и более современная, без него. Оба варианта применяются в больницах, и в обоих случаях врачи отпиливают и удаляют больную головку бедренной кости, открывая костномозговой канал. При использовании цемента его помещают в канал, а затем сверху «сажают» металлический протез. Свойства вязкого акрилового материала подобны строи тельному цементу — он не приклеивает искусственную деталь, а просто заполняет объем, придавая имплантату стабильность посадки. Минусы использования этой методики в том, что чем больше этапов в операции (цемент надо замешивать, вводить, потом ждать, пока он застынет), тем дольше пациент лежит под наркозом на столе, его здоровье подвергается большему риску и вдобавок расходуется драгоценное время врача. При использовании современной методики цемент не нужен. В этом случае берутся специальные модели эндопротезов, в верхней части которых имеется гидроксиапатитовое покрытие, нанесенное методом вакуумного плазменного напыления. Его особое свойство заключается в том, что за две-четыре недели оно прорастает костными балочками, в буквальном смысле врастая в кость. Такое «биологическое» крепление очень стабильно и долговечно. Искусственную чашку — суставную впадину — в разных случаях крепят на цемент, на гидроксиапатит или винтами.

Наглядная футурология

Для онкологических больных, у которых опухоль поражает костную ткань, разработаны большие эндопротезы. При взгляде на эти конструкции вспоминаются фантастические истории о киборгах, ведь здесь меняется не только сустав, но и сама кость на большом протяжении. В нужных местах в металле предусмотрены отверстия для подшивания связок и мышц, для дополнительного скрепления с костью винтами. Но даже хирурги-онкологи признаются: замена собственных структур организма на искусственные в этом случае операция отчаяния, когда ничего больше уже не может помочь. Проблема в том, что кровоснабжение и питание тканей, прикрепленных к металлу, очень сильно нарушается. Мышцы атрофируются и прорастают рубцами, теряется качество кости. И если здоровый человек с таким устройством, к примеру, в ноге еще смог бы научиться ходить заново, то больному после удаления из ноги опухоли гораздо сложнее — у него и так не все в порядке с костями и мышцами.

Биомеханический симбиоз

Может быть, все эти достижения — этапы на пути создания человека-робота, у которого конечности и органы будут сделаны из металла и пластика? Скептически отметим: вряд ли. И проблема не столько в том, чтобы искусственные детали выполняли функцию здоровых частей тела — с этим технологии постепенно справятся. Самое сложное — это границы кожных покровов и имплантатов. До сих пор и самые простые, и интеллектуальные экзопротезы крепятся к культе отсутствующей конечности снаружи — как у капитана Крюка. Но выходить за границы организма, то есть, по сути, торчать наружу, имплантаты не могут, потому, что повреждение целостности кожи открывает ворота инфекции. Аппараты вроде Илизаровского, где из кожи выступают спицы, еще допустимы (ворота инфекции маленькие, постоянно обрабатываются, аппарат стоит обычно не дольше 6 месяцев), хотя даже здесь бывают нагноения. Но как установить более объемную, выходящую за пределы тела деталь, причем на долгие годы и с минимальным риском? Пока существуют два варианта: или она будет полностью окружена тканями человеческого тела — имплантирована, — или будет «пристегиваться» снаружи, по старинке.