30.05.2016, 16:00 24798

Ядерный киборг

Почему закрыли программу создания искусственного сердца с плутонием-238
Опубликованный в 1978 году фантастический роман "Сердцебиение" Юджина Донга повествует о вживлении искусственного сердца, работающего на радиоактивном плутонии. Эксперимент удался, операции по имплантации продолжились. Но самого первого пациента похитил террорист, угрожая распылить в воздухе плутоний из его сердца и погубить тысячи человек.

В США с 1967 по 1977 год реализовывались две исследовательские программы по созданию полностью автономного механического сердца с атомным источником энергии. Ученые до сих пор утверждают, что технологически проект был вполне осуществим, однако помешали социальные и политические разногласия. Роман "Сердцебиение" сыграл в этом не последнюю роль.

Разработку искусственного органа правительство США поручило Национальному институту сердца и Агентству по атомной энергетике. Предполагалось сформировать общий проект, однако этого сделать не удалось. Национальный институт сердца планировал создать атомное сердце в два этапа: сначала — механический насос без источника питания, затем — с автономным атомным источником питания. Агентство по атомной энергетике намеревалось сразу изготовить орган с плутонием. Разногласия между организациями были политического характера. Институт действовал в интересах администрации президента Линдона Джонсона, обещавшего американцам действующую систему искусственного сердца. Автономности можно было добиться позднее. В агентстве с этим подходом не соглашались, сообщает Lenta.ru.

Контракт на разработку искусственного сердца в 1971 году от агентства получили компании Westinghouse Electric и Philips. Первая осуществляла общее руководство проектом и создавала источник энергии, вторая занималась силовым агрегатом. В качестве основы для него выбрали двигатель Стирлинга. Это решение обусловливалось высоким КПД, подходящими размерами и низкими энергозатратами двигателя. Прототип искусственного сердца состоял из двух подсистем: с тепловым конвертером и насосом. Тепловой преобразователь питался от источника, представляющего собой РИТЭГ с 60 граммами плутония-238. В результате его распада выделялось тепло, нагревавшее газ, который от этого расширялся и толкал поршень насоса, перекачивавший кровь через сердце.

Распад плутония и продуктов реакции приводил к образованию альфа-частиц (ядер гелия). Для защиты от радиации и избыточного тепловыделения источник помещался в трехслойную металлическую оболочку из платины, родия и тантала. Внутренние стенки искусственного сердца содержали прокладки из каучукового пластика с текстурой из полиэфирных волокон. Это позволяло снизить свертываемость крови и риск эмболии или инсульта. В качестве источника радиоизотопов компания Philips также рассматривала прометий-147 и тулий-171, но выбрала плутоний-238 из-за его доступности, большого периода полураспада (87,7 года), низкой скорости эмиссии и высокой мощности (газовая машина Philips развивала 33 ватта).

Westinghouse Electric и Philips привлекли к сотрудничеству изобретателя аппарата искусственной почки Вилли Колффа. С его помощью были созданы биоматериалы насоса и гибкий приводной вал, соединяющий насос с преобразователем тепла. Насос состоял из двух желудочков, толкающих кровь в сторону выталкивающихся пластин при сжатии двух диафрагм. Для этого частота двигателя Стирлинга компании Philips была снижена с 1,8 тысячи до 120 оборотов в минуту.

Механический насос предполагалось имплантировать целиком вместо больного органа, а источник питания — разместить в брюшной полости. К 1972 году агентству по атомной энергетике и компании Westinghouse Electric еще не удалось создать достаточно компактные тепловой преобразователь и механический насос. Тем не менее достигнутые успехи воодушевляли, и на 1974 год были запланированы первые испытания на животных. Однако обогнали конкуренты из Национального института сердца.

В феврале 1972 года кардиохирург Джон Норман имплантировал элемент механического сердца больному сердечной недостаточностью теленку с целью временного поддержания его жизнедеятельности. Эта новость широко обсуждалась в США. Всего с 1972 по 1974 год Норман и его коллеги выполнили эксперименты с 15 телятами. Животные выживали в течение нескольких часов, а не дней, как планировалось, и погибали в результате кровоизлияний (из-за разрывов сердца) или повреждений внутренних органов. В дальнейшем Норман продолжил эксперименты с искусственным сердцем, но отказался от радиоактивных изотопов в качестве источников питания.

Искусственное сердце Норманна состояло, как и у Westinghouse Electric, из двух частей: теплового преобразователя и механического насоса. Насос, изготовленный из пластика и покрытый структурированным силиконом, присоединялся к верхней части левого желудочка и отвечал за доступ крови в нисходящую грудную аорту. Работу насоса обеспечивало трехкилограммовое устройство, в том числе 0,7-килограммовый двигатель, питающийся 120-граммовым источником с плутонием-238. Все устройство должно было размещаться в брюшной полости животного. Двигатель с рабочей температурой 480 градусов Цельсия преобразовывал энергию радиоактивного распада в 52 ватта гидравлической мощности насоса.

В отличие от двигателя Стирлинга, в котором рабочее тело (воздух) никогда не изменяло свою фазу (оставалось в газообразном состоянии), в агрегате, разработанном компанией Thermo Electron Engineering, каждый цикл работы двигателя (сжатия и расширения) сопровождался испарением и конденсацией рабочего тела. По сути этот агрегат представлял собой обычный паровой двигатель. Несмотря на громоздкость конструкции, ее сторонники утверждали, что отсутствие в ней каких-либо клапанов и большого количества движущихся частей обеспечивает высокую надежность.

Отчет, опубликованный Норманном и представленный Конгрессу, отличался, как отмечают эксперты, поверхностностью и преувеличивал значение полученных результатов. Интерес к этой работе подогревали СМИ, регулярно публиковавшие материалы о случаях смерти людей от сердечной недостаточности, в том числе и в связи с дефектами работы кардиостимуляторов и других медицинских устройств. Большинство ученых сходятся во мнении, что проект Агентства по атомной энергетике (который не дошел до эксперимента с животными и тем более людьми) был по-настоящему инновационным. Программа же Национального института сердца основывалась на примитивных технологиях, а ее популярность объясняется успешной PR-кампанией.

Главные затруднения, связанные с использованием плутония в системах искусственного сердца, объясняются предрассудками человека, а также дороговизной технологии. В конце 1970-х в кардиостимуляторах начали применять дешевые литиевые аккумуляторы, так что потребность в радиоизотопах отпала. Колфф с коллегами настаивал на необходимости экспериментов на людях. Оппоненты заявляли, что искусственное сердце слишком сложно и чревато ошибками. К середине 1970-х годов под натиском политиков и общественности Агентство по атомной энергетике свернуло работы по атомному сердцу. В 1977 году это же сделал Национальный институт сердца. Колфф вернулся к работе над старым пневматическим искусственным сердцем и добился в этом направлении большого прогресса.

Нашли ошибку в тексте?

Выделите ошибку и одновременно нажмите Ctrl + Enter


Если Вы располагаете информацией по теме данного материала, отправляйте нам видео или новости на почту.

новости по теме

Читаемое

Новости RT

    Новости Китая

      Ваше мнение

      Казахстанцы жалуются на плохое содержание спортивных объектов, в особенности высокогорного комплекса “Медеу”. Считаете ли вы, что “Медеу” и другие спортобъекты, которые переданы в управление частным компаниям, необходимо вернуть в госуправление?