CC BY
266
УДК 617.02 + 615.35 ББК 54.5
С.С. БРЮХОНЕНКО КАК СОЗДАТЕЛЬ ПЕРВОГО В МИРЕ АППАРАТА ИСКУССТВЕННОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ. 90 ЛЕТ СО ДНЯ ПЕРВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АППАРАТА ИСКУССТВЕННОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
СЛ. МУДРАК ФГБОУВО ЮУГМУМинздрава России, г. Челябинск, Россия А.В. МЕРЦАЛОВ, ФГБОУ ВО ЮУГМУ Минздрава России, г. Челябинск, Россия
Аннотация
Николай Иванович Пирогов - русский хирург и анатом, естествоиспытатель и педагог, создатель первого атласа топографической анатомии, основоположник русской военно-полевой хирургии, основатель русской школы анестезии. Как-то во время Крымской войны 1853-1856 г.г. на перевязочный пункт принесли солдата без головы. "Куда несете, ведь знаете, он без головы!" -накричал на солдат фельдшер. "Голову несут следом, господин Пирогов как-нибудь пришьет, авось еще пригодится наш брат-солдат!" - последовал ответ. Но военное время и большой поток раненых солдат не дали возможности Николаю Ивановичу взяться за этот случай. С большой долей вероятности этот случай мог стать стимулом для Сергея Сергеевича Брюхоненко в создании первого в мире аппарата искусственного кровообращения.
Ключевые слова: Сергей Сергеевич Брюхоненко, аппарат искусственного кровообращения, автожектор, оксигенатор, изолированная голова собаки, операции на открытом сердце.
Актуальность. Сергей Сергеевич Брюхоненко родился 12 мая 1890 г. в городе Козлове (ныне Мичуринск) Тамбовской губернии. Отец его был высококлассным инженером механиком, от которого сын унаследовал интерес к конструированию и изобретательству. Сергей Брюхоненко окончил Саратовскую гимназию и поступил на факультет естественных наук Московского
государственного университета, но через год перешел на медицинский факультет. Окончание университета совпало с началом в 1914 году Первой мировой войны, и молодой врач отправился на фронт. Всю войну провел на фронте в качестве врача пехотного полка. Став свидетелем многочисленных случаев боевых ранений легких, сердца и сосудов, С.С. Брюхоненко всерьез заинтересовался возможностью экстракорпорального
кровообращения для поддержания жизни пациента во время оперативного вмешательства. Возможно, по аналогии со случаем, произошедшим на войне с Николаем Ивановичем Пироговым, военные действия стали отправной точкой для Сергея Брюхоненко в создании первого в мире аппарата искусственного кровообращения (рис. 1) [4].
В 20-е годы ХХ в., С.С. Брюхоненко изучал причины лихорадочных состояний и механизмы терморегуляций. В период с 1920 по 1923 год
Сергеем Брюхоненко был сконструирован аппарат искусственного кровообращения, названный им автожектором [4].
Рис. 1. Сергей Сергеевич Брюхоненко.
В то время еще не существовало гепарина. Лимоннокислый натрий, применявшийся как стабилизатор крови in vitro при переливании, не мог быть использован для искусственного кровообращения вследствие своей токсичности в больших дозах. Совместно с химиками С.С. Брюхоненко создал около 120 синтетических противосвёртывающих препаратов -синантринов. Вместе с В.Д. Янковским, З.Я. Ярославцевой, Е.И. Стрелковой и другими разработал оригинальную методику получения антитромбина из легких крупного рогатого скота. Этот антитромбин по методике Брюхоненко - Янковского выпускался Бакинским заводом, а синантрин -Харьковским. Так же С.С. Брюхоненко с коллегами исследовали свойства Сурамина
(торговое наименование Вауег-205, №§апо1), используемого для лечения трипаносомоза. В ходе исследования было выяснено, что он обладает противосвёртывающими свойствами
[5].
Первые модели автожектора С. Брюхоненко конструировал специально для проведения опытов с изолированной головой собаки. "Начальная стадия работы носила изобретательский характер, и первые конструкции аппарата выглядели внешне как типичные самодельные приборы", - писал Сергей Брюхоненко. Он сравнивал первые модели с хаотичным нагромождением частей на одном штативе.
"Аппарат для искусственного
кровообращения, названный нами для краткости "автожектором", сконструирован по схеме сердца теплокровных животных: его части для удобства описания имеют названия аналогичных частей сердечно-сосудистой системы. При помощи автожектора осуществляются два круга кровообращения: большой, в который входят " артерии" и " вены" автожектора (каучуковые трубки), соединенные с соответствующими сосудами головы собаки, и малый - с "легочной артерией" и "веной" аппарата, соединенные с сосудами изолированных легких для совершения газообмена." - писал С.С. Брюхоненко после того как сконструировал рациональную и надежную модель в 1924 г.
Рис. 2. Общая схема автожектора. Рис. 3. Схема автожектора, вид спереди.
Автожектор Брюхоненко представлял собой полный замкнутый круг кровообращения с током крови 2,5 л/мин и более, в системе которого давление поддерживается на желаемом уровне автоматически во всех частях, а также осуществляется газообмен и автоматическая теплорегуляция крови. Из рисунка 2 и рисунка 3 видно, что полный замкнутый круг кровообращения осуществляется благодаря действию двух диафрагмальных насосов: Ра и Ру для левой и правой половины сердца
соответственно. Резервуар Я содержит 400-1000 мл крови для обеспечения непрерывности кровообращения. О - организм и его сосуды А и V присоединяются к большому кругу кровообращения, 1р - к малому кругу кровообращения. Схема позволяет пользоваться отдельно "малым и большим кругом кровообращения", что удобно для некоторых экспериментов. Сжатие трубки Ар направляет кровь, минуя малый круг, только по системе большого круга. Сжатие трубок А и V и одновременно разжимание трубки В направляет кровь только по малому кругу. Мощность кровяного потока может регулироваться от 2,5 л/мин и более. Артериальное давление до 400 мм.рт.ст., венозное до 200 мм. рт. ст. Газообмен - изолированные легкие животного. Поддержание постоянной температуры осуществляется при помощи обогревания всей системы автожектора (резервуара, трубок и воздуха, вдуваемого в изолированные легкие) электрическим током, регулируемым посредством реле. Все части автожектора расположены на широком основании. Автожектор Брюхоненко состоял из двух частей: механической и физиологической. К механическому блоку относится сам аппарат искусственного кровообращения.
Физиологический блок включал в себя устройство для газообмена. На первом этапе роль оксигенатора исполняли изолированные легкие животных. В середине на солидном штативе помещен стеклянный резервуар Я с двойными стенками, в котором была стабилизированная оксигенированная кровь, снаряженный термостатным устройством. Под резервуаром помещены два (Ра, Ру) диафрагмальных насоса (диафрагмальные насосы были предпочтительнее роторных или поршневых, так как не приводили к разрушению форменных элементов крови), соединенных с помощью эксцентриков и передачей скоростей с двумя электрическими моторами (Еа, Еу), расположенными правее и левее насосов. Сзади находилось реле, регулирующее кровяное давление и температуру. Там же находился рубильник и переключатели. Сверху резервуара на подставке помещен таз с изолированными легкими. Так же в устройстве имеются манометры, термометры, предохранительные клапаны, реостаты. Главным отличием работы автожектора является наличие полной автоматической регуляции работы насосов. Достаточно установить контакты Са, Су,
сообщающиеся посредством конденсаторов Ka, Kv со ртутными манометрами Ma, Mv, на известной работе ртутного столба и давление крови будет поддерживаться самостоятельно благодаря соединению с реле. В результате этого колебания давления не превышают 5 мм. рт. ст. Так же насос Pv имеет предохранительный клапан (Starling) для нагнетания крови в артерии изолированных легких. Для того, чтобы поддерживать высокую мощность был установлен предохранительный клапан Dv. Автожектор приводится в действие при помощи электромеханического привода. При аварийном режиме имелась возможность использовать ручной привод [3].
Общий принцип действия: из резервуара кровь, насыщенная кислородом, насасывается насосом Ра, и подается в артерии животного. Пройдя большой круг кровообращения животного, кровь, насыщенная СО2, с помощью насоса Pv по трубкам ViV насасывается под отрицательным давлением и, минуя резервуар, подается в артерии изолированных легких, вентилируемых и помещенных выше резервуара, чтобы кровь из вен легких стекала по Vp в резервуар. Замыкается круг и осуществляется непрерывная циркуляция крови [3].
Испытания автожектора прошли успешно, и в сентябре 1925 г. на втором всероссийском съезде патологов в Москве С.С. Брюхоненко совместно с доктором С.И. Чечулиным впервые продемонстрировал медицинской
общественности опыт с изолированной головой собаки (рис. 4). Для проведения эксперимента с изолированной головой собаки
подготавливались две собаки, одна из которых, меньшая по весу, служит для отделения головы, а другая, весом около 20 кг - для получения крови и изолированных легких. При этом Брюхоненко проводил либо одновременно две операции, либо сразу одна за другой. Он указывал на то, что предпочтительнее сначала сделать операцию по отделению головы до момента рассечения позвоночника, затем подготовить изолированные легкие,
стабилизированную кровь и аппарат, после этого вновь продолжать операцию отделения головы, заканчивая ее переключением с нормального кровообращения на
искусственное. Питательной жидкостью являлась кровь большей собаки, обработанная Bayer-205, известный так же под названием Наганол, что делало кровь неспособной к свертыванию. Первый опыт длился 1 ч 48 мин.
В большинстве случаев переключение на искусственное кровообращение проходило гладко, рефлексы были выражены слабо, что соответствовало стадии наркоза. В течение первых 1-1,5 часов от начала эксперимента рефлексы были выражены живо. Первым после переключения на ИК был роговичный рефлекс, затем мигательный рефлекс на прикосновение к ресницам, затем мигание можно было вызвать слабым дуновением. Мигание могло быть вызвано включением электрической лампочки, голова собаки реагировала на раздражение слизистой пасти и языка раствором аммиака или кислоты движениями языком, как при облизывании. Собака производила движения гортанью, напоминающие глотание,
раскрывание рта, сокращение мимических мышц, выделение слюны. Явления агонии и смерти по своей интенсивности проявлялись в зависимости от количества времени, проведенного при подключении к автожектору. Это были либо очень интенсивные рефлекторные реакции, либо слабые роговичные рефлексы при нахождении на аппарате более 3,5 часов.
Рис. 4. Опыт с изолированной головой собаки.
Рис. 5. Эксперимент с живой собакой.
Рис. 6. Схема искусственного кровообращения.
1 ноября 1926 года был проведен первый опыт с аппаратом искусственного кровообращения, при котором аппарат подключался к сосудам живой собаки, находившейся под наркозом (рис. 5, 6). Опыт был проведен С.С. Брюхоненко совместно с С.И. Чечулиным. "Соответственно новым условиям, пришлось увеличить мощность кровяного
потока до 2,5 л/мин, при давлении 100-300 мм. рт. ст. Для устранения свертывания использовался Наганол, противосвертывающие свойства которого были открыты в нашем институте совместно с О.А. Степпун и Г. Цейсс. Операция производилась под пантопонно-хлороформным наркозом", - описывал методику Брюхоненко. Для эксперимента так же, как и в прошлом опыте использовались легкие и кровь большей собаки. Экспериментальная собака была прооперирована для установления трубок автожектора. Вначале производилась трахеотомия и установка аппарата для искусственного дыхания. Далее после стернотомии следовало присоединение автожектора. Длинная канюля вводилась в сердечный конец яремно вены настолько глубоко, чтобы конец канюли лежал в верхней полой вене. Через нее вливался раствор Наганола (0,3-0,4) на 1 кг. После этого канюля соединялась с "веной" автожектора. "Артерия" автожектора с помощью канюли присоединялась к центральному отрезку отсепарированной сонной артерии. Так же был метод подключения автожектора к брюшной аорте и к нижней полой вене, и к подключичной артерии и вене. После включения автожектора, его работа присоединялась к работе сердца, что называется "параллельным кровообращением". Далее следовало выключение сердца путем сильного сжимания рукой или тугой поперечной перевязкой нитью на границе предсердий и желудочков. После этого вентиляция легких прекращалась. "Искусственное кровообращение идет по такой схеме: насыщенная кислородом кровь из автожектора через его "артерию" поступает под давлением 120-300 мм. рт. ст. в сонную артерию собаки. Попадая оттуда в аорту, она распределяется и идет по всем артериям большого круга и коронарным сосудам сердца. Аортальный клапан при этом сам захлопывается и закрывает доступ крови в полость сердца. Пройдя капилляры тела, кровь, насыщенная углекислым газом, собирается в полых венах, и насасываемая отсюда "веной" автожектора проходит в " малый круг автожектора", насыщаясь кислородом, и вновь делает описанный круг", - описывал принцип работы Брюхоненко. Опыт показал, что с помощью примененного метода, удается часами поддерживать жизнь животного. Не было отмечено никаких нарушений со стороны функции сердца. Переход кровообращения на искусственное мало сказывался на состоянии
собаки. Общее состояние собаки, находящейся в условиях полного искусственного
кровообращения, весьма близко к ее состоянию под наркозом при нормальном кровообращении. Отмечалось наличие рефлексов: мигательных, роговичного, глотательных, проявляющихся в ответ на раздражение слизистой и языка, имитирующих облизывание. Рефлексы сильнее оживлялись через 20-40 мин. работы аппарата. Дыхательные движения проявлялись преимущественно в виде вспомогательных движений головы и шеи. "В дальнейшем отмечалось некоторое ослабление
интенсивности рефлексов, что находилось в несомненной связи с некоторой недостаточной оксигенацией крови в автожекторе, наблюдавшейся в конце опыта и происходившей вследствие отека изолированных легких, а также зависело от понижения температуры крови, циркулирующей в автожекторе". Данный эксперимент показал, что при переходе от естественного кровообращения к
искусственному не происходит прекращения жизни животного. Последнее подтверждается тем, что при нарушении в работе автожектора, собака реагирует типичными симптомами состояния агонии и смерти. При данном опыте параллельное кровообращение длилось 11 минут, полное искусственное - 2 часа 17 минут. В заключении Брюхоненко задал закономерный вопрос: " Не может ли этот метод быть полезен в области медицины именно в таких случаях, когда необходимо временной замещение работы сердца? Мыслимо применение и для человека метода искусственного кровообращения, но для практического применения необходимо выработка соответствующей техники" [3, 5].
Некоторые эксперименты были публично продемонстрированы:! июня 1928 - на третьем конгрессе физиологов в СССР, в 1929 - А.В. Луначарскому, наркому просвещения СССР [3].
Для проведения технически сложных операций на человеческом сердце возникла необходимость в усовершенствовании оксигенатора (рис. 7). По замыслу Брюхоненко предусматривались оксигенаторы 4-х типов: пузырьковый, пленочный, пенно-пленочный и полупроницаемые синтетические мембраны. Модель пенно-пленочного оксигенатора, названного "Искусственные легкие", была на тот момент наиболее совершенная. Работу над ней Сергей Брюхоненко в 1937 г. проводил совместно с патофизиологом Владимиром Янковским. Принцип действия заключался во
вспенивании подогретым и увлаженным кислородом венозной крови, поступающей из подопытного организма в искусственные легкие. Благодаря находящейся в соприкосновении с кислородом большой поверхности, создаваемой в кровяной пене суммой внутренней поверхности всей массы пузырьков, достигается равное с естественными легкими превращение венозной крови в артериальную. Для разрушения пены, в которой процесс превращения венозной крови в артериальную завершен, а также для регулирования объема находящейся в приборе пены применялись пары октилового спирта, обладающего способностью сильно уменьшать поверхностное натяжение жидкостей. Так же сосуд искусственных легких являлся сосудом для крови автожектора и имел устройство для автоматической регуляции подачи артериальной крови из него с целью предотвращения воздушной эмболии [3].
На оксигенатор был получен патент 31 мая 1937 года. Аппарат искусственного кровообращения в комплексе с аппаратом "Искусственные легкие" был применён в экспериментах в 1937-1939 гг. [2].
Рис. 7. Оксигенатор "Искусственные легкие".
Данное усовершенствование не нашло широкого применения в хирургии сердца и сосудов человека. Однако, в 30-е годы ХХ столетия отечественный хирург Николай Наумович Теребинский, используя автожектор Брюхоненко, выполнил серию поразительных по своей точности экспериментов с моделированием патологии митрального клапана и последующим исправлением его в условиях экстракорпорального кровообращения
[3].
Стоит сказать, что почти через 30 лет, в начале 50-х годов ХХ столетия в США Дж. Гиббон сконструировал собственную модель аппарата искусственного кровообращения, или по-другому heart-lung machine. В отличие от автожектора Брюхоненко, аппарат имел в своем
составе оксигенатор, включающий в себя синтетическую мембрану, и три вращающихся насоса, модифицированные от оригинальных трансфузионных помп доктора Майкла ДеБэйки. После экспериментов на животных, аппарат был использован в лечении людей. В 1952 году впервые была прооперирована 15-летняя девочка с дефектом межпредсердной перегородки. В то время катетеризация сердца была большим событием, особенно у маленьких детей, поэтому диагностика врожденных пороков сердца была затруднена. К сожалению, операция закончилась летальным исходом, так как у пациентки не было дефекта межпредсердной перегородки, но был лево-правый шунт через большой открытый артериальный проток [6, 7].
Вторая операция была первой успешной операцией на открытом сердце с использование аппарата Гиббона. 18- летняя девушка имеющая дефект межпредсердной перегородки была успешно прооперирована, находясь на аппарате искусственного кровообращения примерно 26 минут. Несколько месяцев спустя Дж. Гиббоном были прооперированы еще 2 пациентки, обе 5-летнего возраста и с дефектами межпредсердной перегородки. Обе операции закончились летально из-за массивного кровотечения. После этого Дж. Гиббон, будучи подавленным неудачей, запретил использовать его аппарат в операциях на открытом сердце на неопределенный срок. Дж. Гиббон больше не проводил операции на открытом сердце. Его последователями неоднократно проводилось совершенствование аппарата искусственного кровообращения [6, 7].
В СССР первая операция на открытом сердце с применением аппарата искусственного кровообращения была проведена советским хирургом А.А. Вишневским по поводу дефекта межпредсердной перегородки [1].
Первые опыты С.С. Брюхоненко с изолированной головой собаки вдохновили Александра Беляева, который написал повесть "Голова профессора Доуэля", а выдающийся английский драматург Бернард Шоу писал в одном из своих писем: "Я испытываю прямо-таки искушение дать обрезать голову мне самому, чтобы я впредь мог диктовать пьесы и книги так, чтоб мне не мешали болезни, чтоб я не должен был одеваться и раздеваться, чтоб мне не нужно было есть, чтоб мне не приходилось делать ничего другого, как только производить драматические и литературные шедевры".
Однако, многие историки медицины во всем мире отдают приоритет создания искусственного кровообращения Дж. Гиббону, объясняя это тем, что он первым сознательно развивал искусственное кровообращение для использования у человека.
Приоритет в создании искусственного кровообращения очень важен, так как это метод лежит в основе почти всей современной сердечно-сосудистой хирургии. С. Брюхоненко начал свою работу еще в 1924 году, и к 1926 году был получен работающий аппарат, были проведены первые опыты уже не на изолированной голове собаки, а на живой собаке, причем это позволило в искусственных условиях моделировать пороки сердца и успешно их оперировать. При этом аппарат уже на тот момент был запатентован за рубежом: в Германии, Франции и Англии. Создав в 1937 году аппарат "Искусственные легкие" С.С. Брюхоненко ясно понял, что в комплексе с
автожектором можно использовать аппарат для проведения оперативного вмешательства на открытом сердце уже не у собак, а у человека. Это позволило по-новому посмотреть на перспективы изобретения. Проблема была лишь в том, что уровень развития сердечнососудистой хирургии в то время не позволил использовать аппарат Брюхоненко раньше, чем это было сделано в США [1].
Невозможно было бы, создав аппарат, сразу начать его применение в операциях на человеческом сердце. С.С. Брюхоненко своими опытами на собаках впервые в мире показал, что жизнь в условиях полного искусственного кровообращения возможна. Этим он, бесспорно, создал почву для дальнейших размышлений по поводу применения его изобретения.
За изобретение аппарата искусственного кровообращения Сергей Сергеевич Брюхоненко был удостоен (посмертно) Ленинской премии в области науки и техники в 1965 г.
Список литературы
1. Бокерия Л.А. Лекции по сердечно-сосудистой хирургии. В 2-х т. /Л.А. Бокерия. -М.: Издательство НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 1999, -348 с.
2. Брюхоненко С.С., Аппарат для искусственного кровообращения. / С.С. Брюхоненко. - Авторское свидетельство. 35976 СССР (СССР); заявлено 29.09.1928; опубликовано 15.12.1931.
3. Брюхоненко С.С. Искусственное кровообращение. /С.С. Брюхоненко. -М.: Издательство "Наука", 1964. - 296 с.
4. Лисицын Ю.П. История медицины: учебник /Ю.П. Лисицын. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. - 400 с.
5. Степпун О.А. Труды Научного химико-фармацевтического института. /О.А. Степпун, Г. Цейсс, С.С. Брюхоненко. -М.-1923.-№3.
6. Fou A.A. The First 20 years of heart-lung machine. /A.A. Fou.- Texas Heart Institute Journal. - 1997. - Vol. 24.
7. Cohn L.H. Fifty Years of Open-Heart Surgery. / L.H. Cohn. - 2003.
S.S. BRYUKHONENKO AS THE CREATOR OF THE WORLD'S FIRST HEART-LUNG MACHINE. 90 YEARS FROM THE DATE OF FIRST USE OF CARDIOPULMONARY
BYPASS*
S.A. MUDRAK, FSBEI HE SUSMUMOH Russia, Chelyabinsk, Russia A.V. MERTSALOV, FSBEI HE SUSMU MOH Russia, Chelyabinsk, Russia
Abstract
Nikolay Ivanovich Pirogov - Russian surgeon and anatomist, naturalist and educator, creator of the first anatomy atlas, founder of the Russian military-field surgery, founder of the Russian school of anesthesia. Once, during the Crimean War of 1853-1856 GG to the dressing station was brought a soldier with no head. "Where are you carrying him, because you know he has no head! "- shouted at the soldiers paramedic. "His head shall be followed, Mr Pirogov somehow sew, maybe even useful to our brother-soldiers!" - Was the answer. Of course at that time it was not so developed surgery, and likely been too long since decapitation, so were unable to save the soldier. It is very likely that the case could be an incentive for Sergei Sergeyevich Bryukhonenko in creating the world's first heart-lung machine
Keywords: Sergei Brukhonenko, heart-lung machine, avtozhektor, oxygenator, isolated dog head, open-heart surgery.
* Научный руководитель: асс. Белов Д.В.
