Umělé plíce. Umělé lidské orgány Je možné dát člověku umělé plíce?

Moderní lékařská technika umožňuje nahradit zcela nebo částečně nemocné lidské orgány. Elektronický kardiostimulátor, zesilovač zvuku pro lidi trpící hluchotou a čočka ze speciálního plastu jsou jen některé příklady využití technologie v medicíně. Stále rozšířenější jsou také bioprotézy poháněné miniaturními napájecími zdroji, které reagují na bioproudy v lidském těle.

Při složitých operacích srdce, plic nebo ledvin poskytuje lékařům neocenitelnou pomoc „Kardiovaskulární přístroj“, „Umělé plíce“, „Umělé srdce“, „Umělá ledvina“, které přebírají funkce operovaných orgánů a umožnit jim dočasnou práci.

„Umělé plíce“ je pulsující čerpadlo, které dodává vzduch po částech s frekvencí 40-50krát za minutu. Běžný píst k tomu není vhodný: částice materiálu z jeho třecích částí nebo těsnění se mohou dostat do proudu vzduchu. Zde a v dalších podobných zařízeních se používají měchy vyrobené z vlnitého kovu nebo plastu - měchy. Vyčištěný vzduch přivedený na požadovanou teplotu je přiváděn přímo do průdušek.

Podobně je navržen i „stroj srdce-plíce“. Jeho hadice jsou chirurgicky spojeny s krevními cévami.

První pokus nahradit funkci srdce mechanickým analogem byl učiněn již v roce 1812. Mezi množstvím vyráběných přístrojů se však stále nenašel takový, který by lékaře zcela uspokojil.

Domácí vědci a designéři vyvinuli řadu modelů pod obecným názvem „Search“. Jedná se o čtyřkomorovou srdeční protézu s vačkovitými komorami určenou k implantaci v ortotopické poloze.

Model rozlišuje levou a pravou polovinu, z nichž každá se skládá z umělé komory a umělé síně.

Komponenty umělé komory jsou: těleso, pracovní komora, vstupní a výstupní ventily. Tělo komory je vyrobeno ze silikonové pryže metodou vrstvení. Matrice se ponoří do kapalného polymeru, vyjme a vysuší - a tak dále a znovu, dokud se na povrchu matrice nevytvoří vícevrstvá srdeční dužina.

Pracovní komora má podobný tvar jako tělo. Byl vyroben z latexové pryže a poté ze silikonu. Designová vlastnost pracovní komora je rozdílná tloušťka stěn, ve kterých se rozlišují aktivní a pasivní sekce. Konstrukce je navržena tak, že ani při plném napnutí aktivních oblastí se protilehlé stěny pracovní plochy komory vzájemně nedotýkají, čímž je vyloučeno poranění krvinek.

Ruský designér Alexander Drobyshev navzdory všem obtížím nadále vytváří nové moderní designy„Search“, což bude mnohem levnější než zahraniční vzorky.

Jeden z nejlepších zahraničních systémů umělého srdce současnosti Novacor stojí 400 tisíc dolarů. S ním můžete čekat doma na operaci celý rok.

Pouzdro Novacor obsahuje dvě plastové komory. Na samostatném vozíku je externí obsluha: řídicí počítač, kontrolní monitor, který zůstává na klinice před lékaři. Doma s pacientem - zdroj, dobíjecí baterie, které se vyměňují a dobíjejí ze sítě. Úkolem pacienta je sledovat zelený indikátor kontrolek indikující nabití baterií.

Přístroje na umělé ledviny jsou v provozu již poměrně dlouho a lékaři je úspěšně používají.

Již v roce 1837, při studiu procesů pohybu roztoků přes polopropustné membrány, T. Grechen poprvé použil a vytvořil termín „dialýza“ (z řeckého dialisis - separace). Ale teprve v roce 1912 bylo na základě této metody v USA zkonstruováno zařízení, s jehož pomocí jeho autoři experimentálně prováděli odstraňování salicylátů z krve zvířat. V přístroji, který nazývali „umělá ledvina“, byly jako polopropustná membrána použity kolodiové trubičky, kterými protékala krev zvířete a zvenčí byla promyta izotonickým roztokem chloridu sodného. Kolodium používané J. Abelem se však ukázalo jako dosti křehký materiál a později jiní autoři zkoušeli i jiné materiály pro dialýzu, např. střeva ptáků, plavecký měchýř ryb, pobřišnice telat, rákos a papír .

K prevenci srážení krve se používal hirudin, polypeptid obsažený ve sekretu slinných žláz pijavice lékařské. Tyto dva objevy byly prototypem veškerého dalšího vývoje v oblasti extrarenální očisty.

Ať už lze v této oblasti provést jakákoli vylepšení, princip zůstává stejný. V každém provedení „umělá ledvina“ obsahuje následující prvky: polopropustnou membránu, na jejíž jedné straně proudí krev, a na druhé straně fyziologický roztok. K prevenci srážení krve se používají antikoagulancia – léky snižující srážlivost krve. V tomto případě se vyrovnají koncentrace nízkomolekulárních iontů, močoviny, kreatininu, glukózy a dalších látek s nízkou molekulovou hmotností. S rostoucí pórovitostí membrány dochází k pohybu látek s vyšší molekulovou hmotností. Přidáme-li k tomuto procesu přebytečný hydrostatický tlak z krve nebo podtlak z promývacího roztoku, pak bude proces přenosu doprovázen pohybem vody - přenos hmoty konvekcí. Osmotický tlak lze využít i k přenosu vody přidáním osmoticky aktivních látek do dialyzátu. Nejčastěji se k tomuto účelu používala glukóza, méně často fruktóza a další cukry a ještě méně často produkty jiného chemického původu. Současně lze zavedením glukózy ve velkém množství dosáhnout skutečně výrazného dehydratačního účinku, nicméně zvýšení koncentrace glukózy v dialyzátu nad určité hodnoty se nedoporučuje kvůli možnosti rozvoje komplikací.

Nakonec můžete zcela opustit roztok promývací membránu (dialyzát) a přes membránu dostat ven kapalnou část krve: vodu a látky s širokým rozsahem molekulových hmotností.

V roce 1925 provedl J. Haas první dialýzu u lidí a v roce 1928 použil i heparin, neboť dlouhodobé užívání hirudinu bylo spojeno s toxickými účinky a jeho vliv na samotnou srážlivost krve byl nestabilní. Heparin byl poprvé použit k dialýze v roce 1926 v experimentu H. Nechelse a R. Lima.

Protože se výše uvedené materiály ukázaly jako málo použitelné jako základ pro tvorbu polopropustných membrán, hledání dalších materiálů pokračovalo a v roce 1938 byl celofán poprvé použit pro hemodialýzu, která v následujících letech dlouho čas zůstal hlavní surovinou pro výrobu polopropustných membrán.

První přístroj „umělé ledviny“, vhodný pro široké klinické použití, vytvořili v roce 1943 W. Kolff a H. Burke. Poté byla tato zařízení vylepšena. Vývoj technického myšlení v této oblasti se přitom zpočátku ve větší míře zabýval úpravami dialyzátorů a teprve v posledních letech se začíná výrazněji dotýkat i samotných přístrojů.

V důsledku toho vznikly dva hlavní typy dialyzátorů, tzv. spirálový dialyzátor, který používal celofánové trubičky, a planparalelní dialyzátor, který používal ploché membrány.

V roce 1960 navrhl F. Kiil velmi dobrá volba planparalelní dialyzátor s polypropylenovými deskami a v průběhu let se tento typ dialyzátoru a jeho modifikace rozšířil do celého světa a zaujal přední místo mezi všemi ostatními typy dialyzátorů.

Poté se proces vytváření účinnějších hemodialyzátorů a zjednodušování technologie hemodialýzy vyvíjel ve dvou hlavních směrech: v konstrukci samotného dialyzátoru, kdy nakonec zaujímaly dominantní postavení dialyzátory na jedno použití, a v použití nových materiálů jako semipermeabilní membrány.

Dialyzátor je srdcem „umělé ledviny“, a proto hlavní úsilí chemiků a inženýrů bylo vždy zaměřeno na zlepšení tohoto konkrétního článku v komplexním systému zařízení jako celku. Technické myšlení však neignorovalo aparát jako takový.

V 60. letech 20. století vznikla myšlenka používat tzv. centrální systémy, tedy přístroje „umělé ledviny“, ve kterých se dialyzát připravoval z koncentrátu – směsi solí, jejichž koncentrace byla 30–34krát vyšší než jejich koncentrace v krvi pacienta.

Kombinace technik flush dialýzy a recirkulace byla použita v řadě přístrojů na umělé ledviny, například americkou firmou Travenol. V tomto případě cirkulovalo vysokou rychlostí asi 8 litrů dialyzátu v samostatné nádobě, do které byl umístěn dialyzátor a do které bylo každou minutu přidáno 250 mililitrů čerstvého roztoku a stejné množství bylo vhozeno do kanalizace.

Nejprve se k hemodialýze používala jednoduchá voda z vodovodu, poté se kvůli její kontaminaci zejména mikroorganismy pokusili použít vodu destilovanou, což se však ukázalo jako velmi drahé a neproduktivní. Záležitost byla radikálně vyřešena po vytvoření speciálních systémů pro přípravu vodovodní vody, které zahrnovaly filtry pro její čištění od mechanických nečistot, železa a jeho oxidů, křemíku a dalších prvků, iontoměničové pryskyřice pro eliminaci tvrdosti vody a instalaci tzv. nazývaná „reverzní“ osmóza.

Mnoho úsilí bylo vynaloženo na zlepšení monitorovacích systémů zařízení pro umělé ledviny. Takže kromě neustálého sledování teploty dialyzátu začali neustále sledovat pomocí speciálních senzorů a chemické složení dialyzát se zaměřením na celkovou elektrickou vodivost dialyzátu, která se mění s klesající koncentrací soli a roste s rostoucí koncentrací soli.

Poté se v zařízeních „umělých ledvin“ začaly používat iontově selektivní průtokové senzory, které by neustále monitorovaly koncentraci iontů. Počítač umožnil řídit proces zaváděním chybějících prvků z přídavných nádob, případně změnou jejich poměru pomocí principu zpětné vazby.

Míra ultrafiltrace při dialýze ve všech případech nezávisí pouze na kvalitě membrány, rozhodující je transmembránový tlak, proto se tlakové senzory staly široce používanými v monitorech: stupeň vakua v dialyzátu, tlak na dialyzátu; vstup a výstup dialyzátoru. Moderní technologie využívající počítače umožňují naprogramovat proces ultrafiltrace.

Krev, která vychází z dialyzátoru, vstupuje do pacientovy žíly vzduchovou pastí, což umožňuje posoudit přibližné množství krve a tendenci krve ke srážení. Pro prevenci vzduchové embolie jsou tyto pasti vybaveny vzduchovody, pomocí kterých se v nich reguluje hladina krve. V současné době jsou v mnoha zařízeních umístěny ultrazvukové nebo fotoelektrické detektory na lapače vzduchu, které automaticky uzavřou žilní vedení, když hladina krve v lapači klesne pod předem stanovenou úroveň.

Nedávno vědci vytvořili zařízení, která pomáhají lidem, kteří přišli o zrak – zcela nebo částečně.

Například zázračné brýle vyvinula výzkumná a vývojová výrobní společnost „Rehabilitation“ na základě technologií dříve používaných pouze ve vojenských záležitostech. Stejně jako noční zaměřovač funguje zařízení na principu infračerveného umístění. Matně černé brýle jsou ve skutečnosti plexisklové destičky s miniaturním lokalizačním zařízením mezi nimi. Celý lokátor spolu s brýlovým rámem váží cca 50 gramů – tedy zhruba jako běžné brýle. A jsou vybírány, jako brýle pro vidoucí, přísně individuálně, aby byly pohodlné i krásné. „Čočky“ plní nejen své přímé funkce, ale také zakrývají oční vady. Ze dvou desítek možností si každý může vybrat tu nejvhodnější pro sebe.

Používání brýlí není vůbec obtížné: stačí si je nasadit a zapnout napájení. Zdrojem energie je pro ně plochá baterie o velikosti krabičky cigaret. Zde v bloku je umístěn i generátor.

Signály, které vysílá, se po setkání s překážkou vracejí zpět a jsou zachyceny „čočkami přijímače“. Přijaté impulsy jsou zesíleny, porovnávány s prahovým signálem, a pokud je překážka, okamžitě se ozve bzučák - čím hlasitěji, tím blíže se k němu člověk blíží. Dosah zařízení lze upravit pomocí jednoho ze dvou rozsahů.

Práce na vytvoření elektronické sítnice úspěšně provádějí američtí specialisté z NASA a hlavního centra Univerzity Johnse Hopkinse.

Nejprve se snažili pomáhat lidem, kteří měli ještě nějaké zbytky zraku. „Byly pro ně vytvořeny televizní brýle,“ píší S. Grigoriev a E. Rogov v časopise „Mladý technik“, kde jsou místo čoček instalovány miniaturní televizní obrazovky. Stejně miniaturní videokamery umístěné na rámu přenášejí do obrazu vše, co běžnému člověku spadne do zorného pole. Pro zrakově postižené je však obraz dešifrován i pomocí vestavěného počítače. Takové zařízení nevytváří žádné zvláštní zázraky a nedělá nevidomé, říkají odborníci, ale maximálně využije zbývající zrakové schopnosti člověka a usnadní orientaci.

Pokud například člověku zbyla alespoň část sítnice, počítač obraz „rozdělí“ tak, aby člověk viděl okolí alespoň pomocí zachovaných periferních oblastí.

Podle vývojářů takové systémy pomohou přibližně 2,5 milionu lidí se zrakovým postižením. A co ti, jejichž sítnice je téměř úplně ztracena? Vědci z očního centra na Duke University (Severní Karolína) pro ně ovládají operace k implantaci elektronické sítnice. Pod kůži se implantují speciální elektrody, které po napojení na nervy přenášejí obrazy do mozku. Nevidomý vidí obraz složený z jednotlivých světelných bodů, velmi podobný tabulím, které jsou instalovány na stadionech, nádražích a letištích. Obraz na „výsledkové tabuli“ je opět vytvářen miniaturními televizními kamerami namontovanými na obroučkách brýlí.“

A konečně posledním slovem dnešní vědy je pokus pomocí moderní mikrotechnologie vytvořit nová citlivá centra na poškozené sítnici. Takové operace nyní provádí v Severní Karolíně profesor Rost Propet a jeho kolegové. Společně se specialisty NASA vytvořili první vzorky subelektronické sítnice, která je přímo implantována do oka.

„Naši pacienti samozřejmě nikdy nebudou moci obdivovat Rembrandtovy obrazy,“ komentuje profesor. "Stále však budou schopni rozlišit, kde jsou dveře a kde je okno, dopravní značky a vývěsní štíty..."

 100 velkých divů technologie

Petrohradská státní polytechnická univerzita

KURZOVÁ PRÁCE

Disciplína: Lékařské materiály

Předmět: Umělé plíce

Petrohrad

Svitek symboly, termíny a zkratky 3

1. Úvod. 4

2. Anatomie dýchacího systému člověka.

2.1. Dýchací cesty. 4

2.2. Plíce. 5

2.3. Plicní ventilace. 5

2.4. Změny objemu plic. 6

3. Umělá ventilace. 6

3.1. Základní metody umělé ventilace. 7

3.2. Indikace pro použití umělé plicní ventilace. 8

3.3. Sledování přiměřenosti umělé ventilace.

3.4. Komplikace při umělé ventilaci. 9

3.5. Kvantitativní charakteristiky režimů umělé plicní ventilace. 10

4. Ventilátor. 10

4.1. Princip činnosti ventilátoru. 10

4.2. Lékařské a technické požadavky na ventilátor. jedenáct

4.3. Schémata pro dodávání směsi plynů pacientovi.

5. Stroj srdce-plíce. 13

5.1. Membránové oxygenátory. 14

5.2. Indikace k mimotělní membránové oxygenaci. 17

5.3. Kanylace pro mimotělní membránovou oxygenaci. 17

6. Závěr. 18

Seznam použité literatury.

Seznam symbolů, termínů a zkratek

IVL – umělá ventilace plíce.

BP – krevní tlak.

PEEP je pozitivní tlak na konci výdechu.

AIK – stroj na umělý krevní oběh.

ECMO - mimotělní membránová oxygenace.

VVECMO - venovenózní mimotělní membránová oxygenace.

VAECMO – venoarteriální mimotělní membránová oxygenace.

Hypovolemie je snížení objemu cirkulující krve.

To obvykle konkrétněji odkazuje na snížení objemu krevní plazmy.

Hypoxémie je snížení obsahu kyslíku v krvi v důsledku poruch krevního oběhu, zvýšené potřeby tkání po kyslíku, snížené výměny plynů v plicích při plicních onemocněních, snížení obsahu hemoglobinu v krvi atd.

Hyperkapnie je zvýšený parciální tlak (a obsah) CO2 v arteriální krvi (a v těle).

Intubace je zavedení speciální hadičky do hrtanu ústy za účelem odstranění dýchacích potíží při popáleninách, některých úrazech, silných křečích hrtanu, záškrtu hrtanu a jeho akutních, rychle odeznívajících otocích, např. alergických.

Tracheostomie je uměle vytvořená tracheální píštěl, přivedená do vnější oblasti krku pro dýchání, obcházející nosohltan.

Do tracheostomie se zavede tracheostomická kanyla.

Pneumotorax je stav charakterizovaný akumulací vzduchu nebo plynu v pleurální dutině.

1. Úvod.

Dýchací systém člověka zajišťuje vstup kyseliny do těla a odvod syceného plynu. Transport plynů a dalších nepotřebných or-ga-low substancí se provádí pomocí krve ve-nos-noy sys-te-we.

Funkce dýchacího ústrojí se redukuje pouze na zásobování krve dostatečným množstvím ki -slo-ro-yes a odstraňování kyselého uhlíkatého plynu z ní. Khi-mi-che-skoe obnova mo-le-ku-lyar-no-go ki-slo-ro-da s ob-ra-zo-va-ni-em vodohospodářství -žije pro nejmenší na zákl. nového zdroje energie. Bez ní život nemůže pokračovat déle než několik sekund.

Obnova kyselosti so-put-st-vu-et tvorba CO2.

Kyselá kyselina obsažená v CO2 nepochází z molekulární kyselé kyseliny. Využití O2 a produkce CO2 spolu souvisí -li-che-ski-mi re-ak-tion-mi; Theo-re-ti-che-ski, každá z nich nějakou dobu trvá.

Výměna O2 a CO2 mezi or-ga-niz-mom a okolím ve jménu dechu. V nejvyšších živých procesech dýchání, bla-go-da-rya-next-to-va-tel-nové procesy.

1. Výměna plynů mezi prostředím a plícemi, která se obvykle nazývá „pulmonální ventilace“.

Výměna plynu mezi al-ve-o-la-mi plic a krve (le-hoch-noe dech-ha-nie).

3. Výměna plynu mezi krevním pohledem a tkání-nya-mi. Plyny se pohybují uvnitř tkanin do míst poptávky (pro O2) az míst výroby (pro CO2) (přesné dýchání lepidla).

Každý z těchto procesů vede k dýchacím otvorům a vytváří nebezpečí pro život - ne pro člověka.

2.

Anatomie dýchacího systému člověka.

Dýchací systém je tvořen tkání a orgány, které zajišťují plicní žíly -ti-la-tion a lehké dýchání. K vzducho-nosním cestám patří: nos, nosní dutina, bezkrční, hrdlo, průdušnice, průdušky a průdušky.

Plíce se skládají z bron-chi-ol a al-ve-o-lar-sacs, dále z art-ter-rii, ka-pil-la-drov a žil le-goch-no-go kruhu krev. K elementu ko-st-but-our-she-systému, spojenému s dechem, od žeber, mezi svaly žeber, bránici a pomocné svaly dýchací.

Dýchací cesty vzduchu.

Nos a dutina no-sa slouží jako zdroj ka-na-la-mi pro vzduch, ve kterém se ohřívá, zvlhčuje a filtruje. Celé vaše nosní dírky vás pokryly hlenem. Četné ženské chloupky, stejně jako dodávané ženské řasy s epi-te-li-al-nye a bo-ka- Malé buňky slouží k čištění vzduchu od pevných částic.

V horní části oblasti leží čichové buňky.

Gor-tan leží mezi tra-he-ey a kořenem jazyka. Dutina hory není jednou-de-le-na dvou skladištích slizových skořápek, ne zcela podobných ve střední linii. Prostor mezi těmito sklady je holá mezera chráněná plastovou fóliovou chrupavkou - over-gor-tan-no-one.

Průdušnice začíná na dolním konci hory a sestupuje do dutiny hrudní, kde se rozděluje na pravý - druhý a levý průdušek; jeho stěna je spojena s jednotnou tkání a chrupavkou.

Často jsou části, které přicházejí do potravy, nahrazeny vazivovým vazivem. Pravý bronchus je obvykle krátký a široký vlevo. Při vstupu do plic se hlavní průdušky postupně rozdělují na menší a menší trubice (bronchioly), z nichž ty nejmenší, poslední bron-chio-ly, jsou dalším prvkem dýchacích cest. Od hor až po závěrečné bron-chi-ol dýmky vás lemují třpytivé epi-te-li-em.

2.2.

Obecně mají plíce vzhled rtovitých, rýžovitě tvarovaných, dobře tvarovaných struktur ležících v obou po-lo-vi-nah hrudníku po-los-ti. Nejmenším strukturálním prvkem plic je lalok skládající se z konečného bronchiolu, který vede k plicnímu bron-khio-lu a al-ve-o-lar-ny me-shoku. Stěny le-goch-noy bron-khio-ly a al-ve-o-lyar-no-go bag tvoří corner-lub-le-niya - al-ve-o-ly . Tato struktura plic zvětšuje jejich dýchací povrch, který je 50-100krát větší než povrch těla.

Stěny al-ve-olu jsou tvořeny jednou vrstvou buněk epi-te-li-al-nyh a kolem le-goch-ny-mi ka-pil -la-ra-mi. Vnitřní povrch al-ve-o-ly je pokrytý top-but-st-but-aktivní látkou s povrchovým opálením. Samostatná al-ve-o-la, těsně spojená se sousedními strukturami, nemá žádný tvar - správné velikosti, mnohostranné a přibližné rozměry až 250 mikronů.

Je vhodné vzít v úvahu, že obecný povrch je al-ve-ol, přes který je plyn odváděn -men, ex-po-nen-tsi-al-but for-vi-sit z hmotnosti těla. S věkem dochází k úbytku oblasti na vrcholu al-ve-olu.

Každá lehká věc je ok-ru-ale v pytli - plivat-roj. Vnější (parietální) linie pohrudnice je připojena k vnitřnímu povrchu hrudní stěny a bránice -me, vnitřní (viscerální) pokrývá plíci.

Mezera mezi li-st-ka-mi se nazývá pleurální prostor. Při pohybu hrudníku vnitřní list obvykle snadno klouže po vnějším. Tlak v pleurální oblasti je vždy menší než at-mo-sphere-no-go (from-ri-tsa-tel-noe).

Umělé orgány: člověk může všechno

V klidových podmínkách je vnitřní pleurální tlak člověka v průměru o 4,5 torrů nižší než at-mo-spheres -no-go (-4,5 torr). Interpleurální prostor mezi plícemi uprostřed; obsahuje tra-hea, strumu (brzlík) a srdce s velkými so-su-da-mi, lymf-fa-ti-Ch-uzly a pi-sche-vodou.

Plicní tepna neodvádí krev z pravého srdce, dělí se na pravou a levou větev, které jsou ty pravé do plic.

Tyto větve umění-ter-ry, navazující na bron-ha-mi, dodávají velkým strukturám lehkost a vytvářejí ka-drank-la-ry, op-le-tavící stěny-ki al-ve-ol. Vzduch-duch v al-ve-o-le z-de-len z krve v ka-pil-la-re wall-koy al-ve-o-ly, wall-koy ka-pil-la-ra a v některých případy, mezi přesnou vrstvou mezi nimi.

Z kapilár proudí krev do malých žilek, které se nakonec spojí a vytvoří Plicní žíly bobtnají a přivádějí krev do levé síně.

Bron-chi-al-ar-ter-rii velkého kruhu také přivádějí krev do plic, totiž zásobují bron-chi a bron-chio -ly, lim-fa-ti-che-uzly, stěny krve- ve-nas-sous-vesty a pleu-ru.

Většina této krve jde do bron-chi-al žil a odtud - do nepárových (vpravo) a napůl - nepárových (vlevo). Do plicních žil proudí velmi malé množství ar-te-ri-al bron-hi-al-no krve.

10 umělých orgánů k vytvoření skutečné osoby

Orchestrion(německy Orchestrion) je název řady hudebních nástrojů, jejichž princip fungování je podobný jako u varhan a harmoniky.

Původně byly orchestrion přenosné varhany navržené opatem Voglerem v roce 1790. Obsahoval asi 900 píšťal, 4 manuály po 63 klávesách a 39 pedálů. „Revolucionismus“ Voglerova orchestru spočíval v aktivním používání kombinačních tónů, což umožnilo výrazně zmenšit velikost labiálních varhan.

V roce 1791 dostal stejný název nástroj vytvořený Thomasem Antonem Kunzem v Praze. Tento nástroj byl vybaven jak varhanními píšťalami, tak strunami podobnými klavíru. Kunzův orchestr měl 2 manuály po 65 klávesách a 25 pedálech, měl 21 rejstříků, 230 strun a 360 píšťal.

Na počátku 19. století pod názvem orchestrace (také orchestr) se objevila řada automatických mechanických nástrojů, uzpůsobených k napodobování zvuku orchestru.

Nástroj vypadal jako skříň, uvnitř které byl umístěn pružinový nebo pneumatický mechanismus, který se aktivoval při vhození mince. Uspořádání strun nebo píšťal nástroje bylo zvoleno tak, aby určité hudební skladby zněly při provozu mechanismu. Nástroj získal zvláštní popularitu v roce 1920 v Německu.

Později byl orchestrion nahrazen gramofonovými přehrávači.

viz také

Poznámky

Literatura

• Orchestrion // Hudební nástroje: encyklopedie. - M.: Deka-VS, 2008. - S. 428-429. - 786 str.
• Orchestr // Velká ruská encyklopedie. Ročník 24. - M., 2014. - S. 421.
• Mirek A.M. Vogler's Orchestra // Příručka pro harmonický obvod. - M.: Alfred Mirek, 1992. - S. 4-5. - 60 s
• Orchestrion // Hudební encyklopedický slovník. - M.: Sovětská encyklopedie, 1990. - S. 401. - 672 s.
• Orchestr // Hudební encyklopedie. - M.: Sovětská encyklopedie, 1978. - T. 4. - S. 98-99. - 976 s
• Herbert Jüttemann: Orchestrien aus dem Schwarzwald: Instrumente, Firmen und Fertigungsprogramme.

  Bergkirchen: 2004. ISBN 3-932275-84-5.

CC© wikiredia.ru

Experiment provedený na univerzitě v Granadě byl prvním, při kterém byla vytvořena umělá kůže s dermis na bázi biomateriálu aragóza-fibrin. Doposud se používaly jiné biomateriály jako kolagen, fibrin, kyselina polyglykolová, chitosan atd.

Byla vytvořena stabilnější kůže s funkčností podobnou té, kterou má normální lidská kůže.

Umělé střevo

V roce 2006 angličtí vědci oznámili světu vytvoření umělého střeva schopného přesně reprodukovat fyzické a chemické reakce vyskytující se během procesu trávení.

Varhany jsou vyrobeny ze speciálního plastu a kovu, které se nerozpadají a nekorodují.

Bylo to poprvé v historii, kdy byla provedena práce s cílem demonstrovat, jak lze lidské pluripotentní kmenové buňky v Petriho misce sestavit do tělesné tkáně s trojrozměrnou architekturou a typem spojení nalezených v přirozeně vyvinutém mase.

Umělá střevní tkáň by se mohla stát terapeutickou možností č. 1 pro lidi trpící nekrotizující enterokolitidou, zánětlivým onemocněním střev a syndromem krátkého střeva.

Během výzkumu použil tým vědců pod vedením doktora Jamese Wellse dva typy pluripotentních buněk: embryonální lidské kmenové buňky a indukované buňky získané přeprogramováním lidských kožních buněk.

Embryonální buňky se nazývají pluripotentní, protože se mohou transformovat na kterékoli z 200 různé typy buňky lidského těla.

Indukované buňky jsou vhodné pro „česání“ genotypu konkrétního dárce, bez rizika další rejekce a přidružených komplikací. Toto je nový vynález vědy, takže zatím není jasné, zda indukované dospělé buňky mají stejný potenciál jako embryonální buňky.

Umělá střevní tkáň byla „uvolněna“ ve dvou typech, sestavených ze dvou odlišné typy kmenové buňky.

Proměnit jednotlivé buňky ve střevní tkáň stálo spoustu času a úsilí.

Vědci sklidili tkáň pomocí chemikálií a také proteinů nazývaných růstové faktory. Ve zkumavce rostla živá hmota stejným způsobem jako ve vyvíjejícím se lidském embryu.

Umělé orgány

Nejprve se získá tzv. endoderm, ze kterého vyrůstá jícen, žaludek, střeva a plíce, dále slinivka a játra. Ale lékaři dali příkaz endodermu, aby se vyvinul pouze do primárních buněk střeva. Trvalo 28 dní, než vyrostly do znatelných výsledků. Tkáň dozrála a získala absorpční a sekreční funkci charakteristickou pro zdravý lidský trávicí trakt. Obsahuje také specifické kmenové buňky, se kterými bude nyní mnohem jednodušší pracovat.

Umělá krev

Dárců krve je vždy málo – ruské kliniky jsou zásobovány krevními produkty jen za 40 % normy.

K provedení jedné operace srdce pomocí systému umělého oběhu je zapotřebí krev 10 dárců. Existuje šance, že to pomůže vyřešit problém umělá krev- Vědci to už začali skládat jako stavebnici. Byla vytvořena syntetická plazma, červené krvinky a krevní destičky. Ještě trochu a můžeme se stát Terminátory!

Plazma– jedna z hlavních složek krve, její tekutá část. „Plastové plazma“, vytvořené na University of Sheffield (UK), může plnit všechny funkce skutečné plazmy a je pro tělo absolutně bezpečné. Obsahuje chemikálie, které mohou přenášet kyslík a živiny. Dnes má umělá plazma zachraňovat životy v extrémních situacích, ale v blízké budoucnosti ji lze použít všude.

No, to je působivé. I když je trochu děsivé si představit, že ve vás proudí tekutý plast, nebo spíše plastová plazma. Koneckonců, aby se stala krví, musí být ještě naplněna červenými krvinkami, leukocyty a krevními destičkami. Odborníci z University of California (USA) se rozhodli pomoci svým britským kolegům s „krvavým návrhářem“.

Vyvinuly se zcela synteticky červené krvinky vyrobeno z polymerů schopných transportovat kyslík a živiny z plic do orgánů a tkání a zpět, tedy plnit hlavní funkci skutečných červených krvinek.

Kromě toho mohou do buněk dodávat léky. Vědci jsou přesvědčeni, že v nadcházejících letech budou dokončeny všechny klinické zkoušky umělých červených krvinek a budou moci být použity k transfuzi.

Pravda, po jejich naředění v plazmě – buď přírodní nebo syntetické.

Nechtějí zaostávat za svými kalifornskými kolegy, umělé krevní destičky vyvinuté vědci z Case Western Reserve University, Ohio. Abychom byli přesní, nejedná se přesně o krevní destičky, ale o jejich syntetické pomocníky, sestávající rovněž z polymerního materiálu. Jejich hlavním úkolem je vytvořit efektivní prostředí pro slepení krevních destiček, které je nutné k zástavě krvácení.

Nyní k tomu kliniky používají hmotu krevních destiček, ale její získání je namáhavý a poměrně dlouhý proces. Je nutné najít dárce a přísně vybrat krevní destičky, které jsou navíc skladovány nejdéle 5 dní a jsou náchylné k bakteriálním infekcím.

Nástup umělých krevních destiček všechny tyto problémy odstraňuje. Vynález tedy bude dobrým pomocníkem a lékařům umožní nebát se krvácení.

Skutečná a umělá krev. co je lepší?

Pojem "umělá krev" je trochu nesprávné označení. Skutečná krev plní velké množství úkolů. Umělá krev umí zatím jen některé z nich Pokud vznikne plnohodnotná umělá krev, která dokáže skutečnou krev zcela nahradit, bude to skutečný průlom v medicíně.

Umělá krev plní dvě hlavní funkce:

1) zvyšuje objem krvinek

2) plní funkce obohacování kyslíkem.

Zatímco látka zvyšující krevní buňky se již dlouho používá v nemocnicích, kyslíková terapie je stále ve vývoji a klinických studiích.

3. Předpokládané výhody a nevýhody umělé krve

Umělé kosti

Lékaři z Imperial College London tvrdí, že se jim podařilo vytvořit pseudokostní materiál, který se složením nejvíce podobá skutečným kostem a má minimální šanci na odmítnutí.

Nové umělé kostní materiály se ve skutečnosti skládají ze tří chemické sloučeniny, které simulují práci skutečných kostních buněk.

Lékaři a specialisté na protetiku po celém světě nyní vyvíjejí nové materiály, které by mohly sloužit jako plnohodnotná náhrada kostní tkáně v lidském těle.

Vědci však do dnešního dne vytvořili pouze materiály podobné kostem, které dosud nebyly transplantovány místo skutečných kostí, dokonce i zlomených.

Hlavním problémem takových pseudo-kostních materiálů je, že je tělo nerozpozná jako „nativní“ kostní tkáň a nepřizpůsobí se jim. V důsledku toho mohou v těle pacienta s transplantovanými kostmi začít rozsáhlé rejekční procesy, které v nejhorším případě mohou vést až k rozsáhlému selhání imunitního systému a smrti pacienta.

Umělé plíce

Američtí vědci z Yale University pod vedením Laury Niklason udělali průlom: podařilo se jim vytvořit umělou plíci a transplantovat ji potkanům.

Samostatně byla vytvořena i plíce, která pracovala autonomně a simulovala práci skutečného orgánu.

Je třeba říci, že lidské plíce jsou složitý mechanismus.

Povrch jedné plíce u dospělého je asi 70 metrů čtverečních, sestavené tak, aby zajistily účinný přenos kyslíku a oxidu uhličitého mezi krví a vzduchem. Plicní tkáň se ale obtížně obnovuje, takže v tuto chvíli je jediným způsobem, jak nahradit poškozené oblasti orgánu, transplantace. Tento postup je velmi rizikový vzhledem k vysokému procentu odmítnutí.

Podle statistik zůstává deset let po transplantaci naživu pouze 10–20 % pacientů.

„Umělé plíce“ je pulsující čerpadlo, které dodává vzduch po částech s frekvencí 40-50krát za minutu. Běžný píst k tomu není vhodný, částice materiálu z jeho třecích částí nebo těsnění se mohou dostat do proudu vzduchu. Zde a v jiných podobných zařízeních se používají měchy vyrobené z vlnitého kovu nebo plastu - měchy.

Vyčištěný vzduch přivedený na požadovanou teplotu je přiváděn přímo do průdušek.

Změnit ruku? Žádný problém!..

Umělé ruce

Umělé ruce v 19. století.

se dělily na „pracovní ruce“ a „kosmetické ruce“ neboli luxusní zboží.

U zedníka nebo dělníka se omezili na přiložení obvazu z koženého návleku s výztuhou na předloktí nebo rameno, ke kterému byl připevněn nástroj odpovídající profesi dělníka - kleště, prsten, háček atd.

Kosmetické umělé ruce v závislosti na povolání, životním stylu, stupni vzdělání a dalších podmínkách byly více či méně složité.

Umělá ruka mohla mít tvar přirozené ruky, nosit elegantní dětskou rukavici, schopnou vykonávat jemnou práci; psát a dokonce i míchat karty (jako slavná ruka generála Davydova).

Pokud amputace nedosáhla loketního kloubu, pak pomocí umělé paže bylo možné obnovit funkci horní končetiny; ale pokud bylo horní rameno amputováno, pak práce s rukou byla možná pouze přes objemný, velmi složitý a náročný aparát.

Umělé horní končetiny se kromě posledně jmenovaného skládaly ze dvou kožených nebo kovových návleků na nadloktí a předloktí, které byly pohyblivě zavěšeny nad loketním kloubem pomocí kovových dlah. Ruka byla vyrobena ze světlého dřeva a byla pevně připevněna k předloktí nebo pohyblivá.

V kloubech každého prstu byly pružiny; od konců prstů vedou střevní provázky, které byly spojeny za zápěstním kloubem a pokračovaly ve formě dvou silnějších provazců, z nichž jeden, procházející po válečcích přes loketní kloub, byl připevněn k pružině na horním rameni , zatímco druhý, rovněž pohybující se na špalíku, skončil volně očkem.

Při dobrovolné flexi loketního kloubu se prsty v tomto aparátu uzavřely a byly zcela uzavřeny, pokud bylo rameno ohnuté do pravého úhlu.

Pro objednávky umělé ruce stačilo uvést míry délky a objemu pahýlu i zdravé paže a vysvětlit techniku ​​účelu, kterému mají sloužit.

Protetické ruce musí mít všechny potřebné vlastnosti, například funkci zavírání a otevírání ruky, držení a uvolňování čehokoli z rukou a protéza musí mít vzhled, který co nejpřesněji kopíruje ztracenou končetinu.

Existují aktivní a pasivní protézy ruky.

Pasiva pouze kopírují vzhled ruce a aktivní, které se dělí na bioelektrické a mechanické, plní mnohem více funkcí. Mechanický kartáč kopíruje docela přesně skutečná ruka, takže každý amputovaný se bude moci uvolnit mezi lidmi a bude schopen zvednout předmět a uvolnit jej.

Obvaz, který je připevněn k ramennímu pletenci, způsobuje pohyb ruky.

Bioelektrická protéza funguje díky elektrodám, které snímají proud produkovaný svaly při kontrakci, signál se přenese do mikroprocesoru a protéza se pohybuje.

Umělé nohy

Pro člověka s fyzickým poškozením dolních končetin jsou samozřejmě důležité kvalitní protetické nohy.

Rozhodovat bude úroveň amputace končetiny správná volba protézu, která nahradí a může i obnovit mnoho funkcí, které byly pro končetinu charakteristické.

Existuje protetika pro lidi, mladé i staré, stejně jako pro děti, sportovce a ty, kteří i přes amputaci vedou stejně aktivní život. Špičková protéza se skládá ze systému chodidla, kolenních kloubů a adaptérů vyrobených z vysoce kvalitního materiálu se zvýšenou pevností.

Stránky:← předchozí1234další →

To, že foukání vzduchu do plic dokáže člověka oživit, je známo už od starověku, ale pomocná zařízení se k tomu začala vyrábět až ve středověku. V roce 1530 Paracelsus poprvé použil ústní kanál s koženými měchy určenými k rozdmýchávání ohně v krbu. O třináct let později publikoval Vesaleus svou práci „O struktuře lidského těla“, ve které zdůvodnil výhody ventilace plic trubicí zavedenou do průdušnice. A v roce 2013 výzkumníci z Case Western Reserve University vytvořili prototyp umělé plíce. Zařízení využívá čištěný atmosférický vzduch a nevyžaduje koncentrovaný kyslík. Struktura přístroje připomíná lidské plíce se silikonovými kapilárami a alveoly a funguje na mechanické pumpě. Biopolymerní trubičky napodobují větvení průdušek do bronchiolů. Do budoucna se plánuje vylepšení přístroje s ohledem na stahy myokardu. Mobilní zařízení s vysokou pravděpodobností může nahradit transportní ventilátor.

Rozměry umělé plíce jsou až 15x15x10 centimetrů, chtějí se svými rozměry co nejvíce přiblížit lidskému orgánu. Obrovská plocha membrány pro difúzi plynu poskytuje 3-5násobné zvýšení účinnosti výměny kyslíku.

Zařízení je v současné době testováno na prasatech, ale testy již prokázaly jeho účinnost při léčbě respiračního selhání. Zavedení umělé plíce pomůže eliminovat potřebu masivnějších transportních ventilátorů, které pracují s výbušnými kyslíkovými lahvemi.

Umělá plíce umožňuje aktivovat pacienta jinak odkázaného na lůžkovou jednotku intenzivní péče nebo transportní ventilátor. A s aktivací se zvyšuje šance na uzdravení a psychický stav.

Pacienti čekající na transplantaci plic od dárce musí většinou strávit dlouhou dobu v nemocnici na umělém okysličovacím přístroji, pomocí kterého můžete pouze ležet na lůžku a sledovat, jak za vás přístroj dýchá.

Projekt umělé plíce, schopné protetického selhání dýchání, dává těmto pacientům šanci na rychlé uzdravení.

Přenosná sada umělých plic obsahuje samotné plíce a krevní pumpu. Autonomní provoz je navržen na dobu až tří měsíců. Malé rozměry přístroje umožňují nahradit transportní ventilátor zdravotnické záchranné služby.

Provoz plic je založen na přenosné pumpě, která obohacuje krev o vzdušné plyny.

Někteří lidé (zejména novorozenci) nevyžadují dlouhodobý přísun vysoce koncentrovaného kyslíku pro jeho oxidační vlastnosti.

Další nestandardní obdobou mechanické ventilace používané u těžkých míšních poranění je transkutánní elektrická stimulace bráničních nervů („phrenicus stimulation“). Byla vyvinuta transpleurální masáž plic podle V.P. Smolnikova - vytvoření stavu pulzujícího pneumotoraxu v pleurálních dutinách.

Lidské plíce jsou párový orgán umístěný v hrudníku. Jejich hlavní funkcí je dýchání. Pravá plíce má ve srovnání s levou větší objem. To je způsobeno skutečností, že lidské srdce, které je uprostřed hrudníku, je posunuto na levou stranu. Objem plic je v průměru asi 3 litry a mezi profesionálními sportovci více než 8. Velikost jedné ženské plíce zhruba odpovídá třílitrové nádobě zploštělé na jedné straně o hmotnosti 350 g. U mužů tyto parametry jsou 10-15% více.

Vznik a vývoj

Nárůst počtu alveolů pokračuje až do 20-22 let. K tomu dochází zvláště silně v prvním roce a půl až dvou letech života. A po 50 letech začíná proces involuce, způsobený změnami souvisejícími s věkem. Kapacita a velikost plic se snižuje. Po 70 letech se difúze kyslíku v alveolech zhoršuje.

Struktura

Celková plocha alveol, na kterých probíhá proces výměny plynů, není konstantní a mění se s každou fází nádechu a výdechu. Při výdechu je to 35-40 m2 a při nádechu 100-115 m2.

Prevence

Transplantace

Náklady na takovou operaci na Západě jsou asi 100 tisíc eur. Přežití pacientů je 60 %. V Rusku se takové operace provádějí zdarma a přežije jen každý třetí příjemce. A pokud se po celém světě ročně provede více než 3000 transplantací, pak v Rusku je to jen 15-20. Poměrně silný pokles cen dárcovských orgánů v Evropě a Spojených státech byl pozorován během aktivní fáze války v Jugoslávii. Mnoho analytiků to připisuje podnikání Hashima Thaciho, který prodává živé Srby na orgány. Což mimochodem potvrdila Carla Del Ponte.

Umělé plíce – všelék nebo sci-fi?

V roce 2002 Japonsko oznámilo, že testuje zařízení podobné ECMO, pouze o velikosti dvou krabiček cigaret. Věc nešla dál než k testování. Po 8 letech vytvořili američtí vědci z Yale Institute téměř kompletní umělé plíce. Byl vyroben z poloviny ze syntetických materiálů a z poloviny z živých buněk plicní tkáně. Zařízení bylo testováno na potkanech a produkovalo specifický imunoglobulin v reakci na zavlečení patologických bakterií.

A doslova o rok později, v roce 2011, již v Kanadě vědci navrhli a otestovali zařízení, které se zásadně lišilo od výše uvedeného. Umělá plíce, která zcela napodobovala tu lidskou. Silikonové cévy o tloušťce až 10 mikronů, povrchová plocha propustná pro plyny podobná lidskému orgánu. A co je nejdůležitější, toto zařízení na rozdíl od jiných nevyžadovalo čistý kyslík a dokázalo obohatit krev kyslíkem ze vzduchu. A ke svému fungování nepotřebuje zdroje energie třetích stran. Může být implantován do hrudníku. Pokusy na lidech jsou plánovány na rok 2020.

Ale zatím jsou to všechno jen vývoj a experimentální vzorky. A letos vědci z University of Pittsburgh oznámili zařízení PAAL. Jedná se o stejný ECMO komplex, jen o velikosti fotbalového míče. K obohacení krve potřebuje čistý kyslík a ten lze použít pouze ambulantně, ale pacient zůstává mobilní. A dnes je to nejlepší alternativa k lidským plicím.

Umělé plíce, které jsou dostatečně malé na nošení v batohu, byly již úspěšně testovány na zvířatech. Taková zařízení toho dokážou mnohem víc pohodlnější než život lidé, jejichž vlastní plíce z jakéhokoli důvodu nefungují správně. Doposud se pro tyto účely používalo velmi těžkopádné zařízení, ale nové zařízení, které vědci v současnosti vyvíjejí, to může jednou provždy změnit.

Osoba, jejíž plíce nejsou schopny plnit svou primární funkci, je obvykle připojena ke strojům, které pumpují její krev přes výměník plynu, obohacují ji kyslíkem a odstraňují z ní oxid uhličitý. Samozřejmě, během tohoto procesu je osoba nucena ležet na posteli nebo gauči. A čím déle leží, tím jsou jejich svaly slabší, takže zotavení je nepravděpodobné. Právě proto, aby byli pacienti mobilní, byly vyvinuty kompaktní umělé plíce. Tento problém se stal obzvláště naléhavým v roce 2009, kdy došlo k propuknutí epidemie prasečí chřipka, v důsledku čehož mnoha pacientům selhávaly plíce.

Umělé plíce mohou pacientům nejen pomoci zotavit se z některých plicních infekcí, ale také umožnit pacientům čekat na vhodné dárce plic k transplantaci. Jak víte, fronta může někdy trvat mnoho let. Situaci komplikuje skutečnost, že lidé se selhávajícími plícemi mají zpravidla také značně oslabené srdce, které musí pumpovat krev.

„Vytvořit umělé plíce je mnohem obtížnější úkol než navrhnout umělé srdce. Srdce jednoduše pumpuje krev, zatímco plíce jsou komplexní sítí alviol, ve kterých dochází k procesu výměny plynů. „Dnes neexistuje žádná technologie, která by se co i jen přiblížila účinnosti skutečných plic,“ říká William Federspiel, zaměstnanec University of Pittsburgh.

Tým Williama Federspiela vyvinul umělou plíci, která obsahuje pumpu (na podporu srdce) a výměník plynu, ale zařízení je tak kompaktní, že se snadno vejde do malé tašky nebo batohu. Zařízení je připojeno k trubicím napojeným na oběhový systém člověka, účinně obohacuje krev o kyslík a odstraňuje z ní přebytečný oxid uhličitý. Tento měsíc byly dokončeny úspěšné testy zařízení na čtyřech pokusných ovcích, během kterých byla krev zvířat nasycena kyslíkem různá obdobíčas. Vědci tak postupně prodloužili dobu nepřetržitého provozu zařízení na pět dní.

Alternativní model umělých plic vyvíjejí vědci z Carnegie Mellon University v Pittsburghu. Toto zařízení je určeno především těm pacientům, jejichž srdce je natolik zdravé, aby samostatně pumpovalo krev zevním umělým orgánem. Zařízení je stejným způsobem připojeno k trubicím přímo spojeným se srdcem člověka, poté je připevněno k jeho tělu pomocí pásů. Zatímco obě zařízení vyžadují zdroj kyslíku, jinými slovy přídavnou přenosnou láhev. Na druhou stranu vědci se v současnosti snaží tento problém řešit a docela se jim to daří.

Právě teď vědci testují prototyp umělé plíce, která již nepotřebuje kyslíkovou nádrž. Nová generace zařízení bude podle oficiálního prohlášení ještě kompaktnější a z okolního vzduchu se bude uvolňovat kyslík. Prototyp je v současné době testován na laboratorních potkanech a vykazuje skutečně působivé výsledky. Tajemstvím nového modelu umělé plíce je použití ultratenkých (pouhých 20 mikrometrů) trubiček vyrobených z polymerních membrán, které výrazně zvětšují povrch výměny plynů.

Mohammadhossein Dabaghi ​​​​et.al. \Biomicrofluidics 2018

Tým vědců z Kanady a Německa vytvořil externí umělé plíce pro novorozence narozené s dýchacími problémy. Nový vnější plíce jsou systémem mikrokanálů skládajících se z oboustranných porézních membrán, které obohacují krev jimi protékající kyslíkem. Krev protéká takovými kanály sama o sobě, což je obrovské plus a pomáhá vyhnout se mnoha problémům spojeným s externími pumpami, uvádí článek v Biomikrofluidika.

Syndrom respirační tísně (RDS) se vyskytuje přibližně u 60 procent novorozenců ve 28. týdnu gestace a u 15–20 procent ve 32.–36. týdnu. Protože jsou však plíce jedním z orgánů, které se vyvíjejí v pozdním těhotenství, potřebují předčasně narozené děti s RDS další vnější pomoc k okysličení krve, dokud jejich vlastní plíce nebudou moci plně vykonávat své funkce samy. Existují přitom případy, kdy mechanická ventilace nestačí a lékaři jsou nuceni obohacovat krev kyslíkem přímo. V takových případech je nutné řídit krev dítěte speciálními membránovými systémy, ve kterých je krev nasycena kyslíkem.

Ale na rozdíl od dospělých mají novorozenci obvykle objem krve ne více než 400–500 mililitrů, což znamená, že aby se zabránilo nadměrnému zředění krve a snížení hematokritu, je nebezpečné použít více než 30–40 mililitrů krve. pro okysličení mimo tělo. Tato skutečnost omezuje dobu, kterou může jednotka krve strávit mimo tělo, to znamená, že proces okysličení musí proběhnout poměrně rychle. Kromě toho, aby nedošlo ke změnám tlaku, ke kterým dochází při použití perfuzní pumpy a které mohou poškodit krevní buňky, srdce by mělo v ideálním případě pohybovat krev přes membránový systém. A i když to není kritické, bylo by dobré, kdyby membrány mohly obohacovat krev kyslíkem pomocí obyčejného vzduchu, a ne speciálně připravené směsi plynů nebo čistého kyslíku.

Všechny tyto požadavky se vědci snažili uspokojit pomocí konceptu umělé placenty. Jde o výměnu plynů mezi krví a vnější zdroj bez smíchání krve dítěte s jinými tekutinami (pouze do ní přidat fyziologický roztok, aby se udrželo množství tekutiny cirkulující v krevních cévách). Současně, protože objem krve mimo tělo by neměl přesáhnout 30 mililitrů, je nutné vytvořit strukturu, ve které je při pevném objemu maximální oblast kontaktu krve s membránou pro výměnu plynů. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je naplnit kvádr s velmi malou výškou krví, ale taková struktura bude velmi nestabilní. Právě to, že konstrukce musí být tenká, ale zároveň odolná a navíc vyrobená z porézních materiálů, kladla na vznik umělých plic hlavní omezení.

Pro účinnou výměnu plynů vědci umístili dvě čtvercové (43x43 milimetry) porézní polydimethylsiloxanové membrány paralelně k sobě a umístili mezi ně síť čtvercových sloupců o straně milimetru, které tvoří mnoho přímých kanálů kolmých na sebe, kterými proudí krev. Kromě mechanického zadržování membrán tyto kolony také přispívaly k promíchávání krve, díky čemuž je v celém systému homogennější ve složení. Také pro dostatečnou stabilitu konstrukce, absenci deformací během provozu a snížení vlivu defektů musí být jedna z membrán dostatečně tlustá, aby zajistila pevnost konstrukce, ale zároveň dostatečně tenká, aby mohla výměna plynů dojít přes něj. Aby se zmenšila tloušťka polydimethylsiloxanové vrstvy bez ztráty mechanických vlastností, vložili do ní vědci síť vyztužených ocelových pásů.