Как стать киборгом: пошаговая инструкция

«Посторонние материалы в человеческом теле» — многие люди до сих пор при этих словах думают либо о научной фантастике с киборгами-терминаторами, либо о серьёзной хирургии с её титановыми штифтами в конечностях. Но реальность уже такова, что «дополненных» людей становится больше, чем «обыкновенных».
Зубы
Глаза
Менструальные чаши
Сердце
Кости, суставы
Протезы
Контрацепция
Заключение
Зубы
Глаза
Менструальные чаши
Сердце
Кости, суставы
Протезы
Контрацепция
Заключение
Еще

Тонкая грань

В этой статье мы поговорим как об объектах, которые встроены в человеческое тело навсегда (скажем, зубные импланты), так и о тех, которые дополняют его временно. Грань между «дополнением тела» и «просто предметом» размыта, потому мы будем использовать такой подход: очки мы всё-таки в счёт не берем, а вот контактные линзы, весь день вплотную примыкающие к роговице и практически невидимые извне — уже вполне подходящий пример «дополнения». Одноразовые гигиенические тампоны — ещё нет, а вот менструальная чаша — уже да, поскольку срок её службы исчисляется годами. Шовный материал — нет, а металлические детали, скрепляющие человеческие кости — да.

Фото: depositphotos
Фото: depositphotos
1

Пример первый: зубные пломбы

Это то, что есть почти у всех. Кариес — проблема крайне распространённая, и стандартный способ его лечения заключается в удалении поражённого участка зуба с последующей заменой искусственным материалом. Пломбы делают как из металлических сплавов с добавлением ртути (амальгамы), так и из множества других материалов: всего известно несколько десятков вариантов на основе иономеров, полимеров и неорганических веществ. А в прошлом, кстати, использовались такие неожиданные материалы, как олово (мягкое, но зато сравнительно легко обновляется), свинец (он ядовит) и даже торий! О радиоактивности в середине XIX века ещё не знали и, возможно, зубной врач просто спутал этот металл с оловом. В последние десятилетия зубные пломбы уже практически не отличить от настоящего зуба, и опасные материалы больше не используют.

Что нас ждёт: один из возможных сценариев — зубная пломба из биосовместимых материалов со стволовыми клетками. Такие пломбы можно будет ставить без удаления из зуба нерва и они будут со временем восстанавливать поражённую пульпу. Кроме того, активно изучается возможность реминерализации зубной эмали: это, возможно, позволит избавляться от (вовремя замеченного) кариеса вовсе без пломб.

2

Пример второй: контактные линзы

Их, в отличие от пломб, можно снять и установить заново без специальных навыков и инструментов. Но тонкая и почти невидимая линза из кремнийорганического гидрогеля настолько тесно прилегает к роговице, что её стоит включить в этот обзор. В США, например, линзы носит около десяти процентов населения и нет оснований полагать, что российские данные радикально отличаются. Современные линзы делают методом литья из кремнийорганических полимеров с высоким, до 80%, содержанием воды; полимер также подвергают специальным модификациям для придания ему гидрофильных свойств.

Что нас ждёт: многих учёных и инженеров привлекает идея сделать контактные линзы со встроенным дисплеем. Так, в 2014 году компания Google анонсировала проект по созданию линз с глюкометром для больных диабетом: при выходе уровня глюкозы за безопасные рамки линза будет зажигать предупреждающий индикатор. Если со временем удастся решить проблему создания сверхтонкой, гибкой и биосовместимой электроники — мы можем дождаться и полноценных дисплеев.

3

Пример третий: менструальные чаши

Менструальная чаша — это изготовленный из кремнийорганического полимера колпачок, надеваемый на шейку матки. Он удерживает менструальные выделения, которые затем можно просто вылить: такое решение обладает рядом преимуществ в сравнении с традиционными прокладками или тампонами. Менструальные чаши не приводили к зафиксированным случаям токсического шока (в отличие от тампонов), они абсолютно незаметны, не мешают физической активности и вдобавок экологичны, поскольку одного такого изделия хватает на несколько лет, а в процессе использования ничего выкидывать не надо.

Кремнийорганические полимеры (называемые также силиконами) стали идеальной находкой для медиков. Силикон можно стерилизовать хоть в автоклаве, он не вызывает (в отличие от, скажем, натурального латекса) аллергии, а некоторые его разновидности можно ещё и растянуть раз этак в десять без опасения порвать изделие на части. Из силикона делают катетеры, пессарии, импланты для пластической хирургии, в том числе протезы молочной железы или яичек, удалённых вместе со злокачественными новообразованиями.

Что нас ждёт: уже есть прототип менструальной чаши, которая способна отслеживать объём и характер выделений — правда, разработчики явно затянули процесс создания и навлекли тем самым гнев тех, кто скидывался на их работу на Kickstarter. Возможно, следующий подход окажется успешнее, а со временем подобные устройства смогут делать и нечто большее. Как и в случае с линзами, нахождение в плотном контакте с телом прямо-таки подталкивает разработчиков к размещению тех или иных биосенсоров для диагностических целей.

Когда всё определяется материалом: если почти все остальные примеры содержат сочетание высоких технологий от компактных аккумуляторов и биосовместимых материалов до сложного программного обеспечения, то вот силиконовые чаши стоят особняком. Они просты, основаны всего на одной технологии и недороги. Это то «дополнение к телу», которое способно изменить жизнь людей во всём мире, включая беднейшие регионы с недостатком мало-мальски квалифицированной медпомощи.

4

Пример четвёртый: кардиостимуляторы

Кардиостимуляторы — это, в отличие от всего вышеперечисленного, серьёзная заявка на киборгизацию тела. Они вживляются на длительный срок, внутри них стоит сложная электроника, и они не просто улучшают качество жизни — они в буквальном смысле слова спасают жизни пациентов с нарушениями сердечного ритма.

Несмотря — или, напротив, благодаря — столь ответственной области применения, кардиостимуляторы появились не в последние несколько десятилетий, а заметно раньше. Первое подобное устройство вживили в 1958 году и в наше время на миллион жителей Европы приходится от нескольких сотен до тысячи имплантаций кардиостимуляторов в год. Кардиостимуляторы делают во многих странах (включая Россию), существует несколько разных вариантов стимуляции, но общий принцип работы прибора одинаков: как только сердечный ритм претерпевает опасные изменения, стимулятор выдаёт электрические разряды, способные вернуть работу сердца к норме.

Что нас ждёт: с точки зрения кардиологов работы ещё много. Врачи хотели бы получить и более эффективные с точки зрения предотвращения нарушений сердечного ритма устройства, и источники питания, которые не требуют замены. Ещё хорошо бы избавиться от электродов, а также иметь возможность передавать данные о работе сердца прямиком лечащему врачу — попутно, правда, не забыв о безопасности, ведь взлом кардиостимулятора поопаснее будет, чем какая-нибудь хакнутая «умная» лампочка.

5

Пример пятый: кости, суставы и молоток в операционной

Искусственные материалы применяются и для по-настоящему масштабных вмешательств — включая, например, замену всего тазобедренного сустава или установку штифта, проходящего через всю бедренную кость. Многообразие таких «дополнений» к человеческому скелету можно разделить на приспособления для остеосинтеза (восстановления костей после переломов) и протезы, призванные заменить что-либо на неограниченный срок.

Материалы, используемые для протезирования, тоже разнообразны. Кроме широко известного титана (лёгкого, химически инертного и прочного) это, к примеру, акриловые полимеры — из них делают не только прозрачное оргстекло, но и пластины для краниопластики, коррекции дефектов черепа. Другой материал, гидроксиапатит, является основным компонентом природной зубной эмали и костной ткани — поэтому гидроксиапатитовые имплантанты со временем становятся частью кости или даже замещаются ею при небольших размерах повреждённого участка.

Протезы суставов сочетают металл (нержавеющая сталь и титан) с пластиком или керамикой для создания скользящей поверхности; в протезах межпозвонковых дисков используется металл и углерод. Современные протезы могут служить до четверти века: даже если речь идёт о нагруженном тазобедренном или голеностопном суставах.

Что нас ждёт: с одной стороны, врачи постоянно ищут более удачные материалы — прочнее, с меньшим риском отторжения, дешевле и технологичнее в производстве. С другой стороны, в последние годы стали применять трёхмерную печать из металла: она позволяет вместо нескольких стандартных изделий изготовить искусственный сустав под конкретный случай. Из сравнительно новых достижений можно отметить эндопротезы локтевого сустава, который устроен сложнее тазобедренного и по этой причине заменялся (и сейчас заменяется) реже при столь же частой необходимости.

6

Пример шестой: взамен утраченного

Традиционные протезы, крепящиеся вместо утраченных частей тела, сложно назвать устройствами, которые в это тело внедряются — но не упомянуть их вовсе было бы неправильно. Протезы нового поколения снабжаются электромеханическими приводами вкупе с системой, позволяющей двигать ими «силой мысли». Последнее предполагает либо использование датчиков для регистрации активности уцелевших мыщц, либо считывание электрической активности мозга — вплоть до вживляемых в область моторной коры электродов.

Создание полноценного интерфейса «мозг-компьютер» пока что — дело будущего, но первые прототипы протезов, способных в ответ на нервный импульс в коре мозга взять предмет со стола — уже существуют. А разработка систем, призванных восполнять утраченные органы чувств, идёт более успешно: кохлеарные импланты уже используются в широкой практике, их число в мире перевалило за сотни тысяч. Они используют микрофон для регистрации звука, преобразуют звук в серию электрических сигналов и передают эти стимулы на улитку, откуда уже идёт информация к мозгу. Кохлеарные импланты ставят даже грудным детям, которые бы иначе выросли без возможности что-либо слышать; это достаточно отработанная и эффективная операция.

С созданием искусственного глаза дела обстоят хуже — преобразовать видео в реальном времени в серию сигналов для зрительного нерва или тем более коры головного мозга куда сложнее. Дошедшие до применения в клинической практики протезы сетчатки Argus II в самом лучшем случае позволяют с трудом различать крупно написанные буквы: но по сравнению с абсолютной слепотой, вызванной атрофией сетчатки, это уже неплохо.

Что нас ждёт: учёные медленно, но верно движутся в сторону протезов с подключением к нервной системе. Это приведёт к радикальному повышению качества жизни людей, нуждающихся в протезировании конечностей или с серьёзными нарушениями зрения/слуха — однако эти изменения вряд ли произойдут одномоментно. Кроме того, сложная электроника в сочетании с точной механикой, продвинутыми материалами и квалифицированной работой хирургов вряд ли будет стоить дёшево; сегодня бионические протезы руки стоят от полумиллиона рублей в самых простых вариантах. В ближайшей перспективе мы имеем такие цели, как создание водонепроницаемых устройств, увеличение ёмкости аккумуляторов и скорости реакции — если говорить про биомеханические устройства.

7

Пример седьмой: имплантанты и контрацепция

Ещё одна технология, которая стала коммерчески доступной всем желающим — это гормональные противозачаточные имплантанты. Небольшая, несколько сантиметров в длину, трубка вводится под кожу предплечья; содержащийся в неё прогестерон выделяется в малых, но достаточных для контрацептивного эффекта, дозах на протяжении трёх лет. Этот метод имеет ряд противопоказаний, требует небольшой операции под местной анестезией, но зато отличается высокой надёжностью и не требует дополнительных действий со стороны женщины.

Другой пример вживляемых на несколько лет контрацептивов — внутриматочные устройства, также известные как «спирали». Они либо подавляют активность сперматозоидов за счёт меди, либо также содержат медленно высвобождающийся запас гормонов. Кроме того, существуют и инертные внутриматочные устройства, которые работают за счёт инициации локальной реакции организма на чужеродное тело: такие «спирали» не разрешены в ряде стран (Канада, США и Великобритания) и с точки зрения Всемирной организации здравоохранения лучшим вариантом внутриматочных устройств являются медные и гормональные.

Что нас ждёт: одна из интересных технологий — это микрочипы с контролируемым высвобождением лекарств. Они могут помочь не только в гормональной контрацепции, но и в лечении любого хронического заболевания, при котором требуется постоянно принимать те или иные препараты. Чип может высвобождать активное вещество либо по заданной программе, либо по команде извне, либо вовсе в ответ на изменение жизненных показателей.

В заключение

Как вы можете видеть, некоторые инородные части человеческого тела уже если не доведены до совершенства, то по крайней мере перестали быть чем-то особенным. Более того, практика дополнения тела вышла за рамки «большой» медицины: наряду с кардиостимуляторами и протезами суставов появилось то, что можно поставить или снять своими силами в домашних условиях. Вероятно, далее нас ждёт и переход к немедицинским дополняющим устройствам: дисплеям на контактных линзах, например.

А ещё технологии, которые потребуются для создания бионических протезов, смогут найти применение в создании экзоскелетов: про эти устройства «Чердак» писал отдельный материал. Они и здоровым людям вполне могут пригодиться — скажем, при перемещении тяжестей или при необходимости пройти большое расстояние с грузом.

Это тоже интересно:

Автор: Hi-Tech Mail.ru