L'anno scorso hanno creato un embrione, un incrocio tra un maiale e un essere umano, e quest'anno hanno inserito cellule umane in un embrione di pecora. Le cellule staminali vengono riprogrammate in varie altre, creano la retina dell'occhio, i muscoli e qualsiasi altra cosa dalla pelle, fanno crescere modelli di organi su minuscoli chip: perché è necessario tutto questo? In che modo tali studi possono apportare benefici al paziente medio?
Il futuro dei trapianti
I vantaggi sono in realtà enormi. Nessuno di noi è immune da malattie e lesioni che possono provocare il collasso di uno o di un altro organo. Le persone non sono salamandre o vermi e non sono nemmeno in grado di far crescere una coda, per non parlare di una nuova testa.
Il pesce zebra può riprendersi da lesioni cardiache, ma noi non possiamo, la nostra rigenerazione, ahimè, lascia molto a desiderare, quindi per centinaia di migliaia di persone, l'unico modo per ottenere un cuore, polmoni o fegato funzionanti è un trapianto di organi da un donatore .
Ci sono centinaia di migliaia di destinatari. Ci sono molti meno donatori e ci sono pochissime persone adatte a una determinata persona. Se nel caso di un rene il donatore può essere vivo (e, diciamo, un parente, ci sono molti casi del genere), allora con un cuore, ad esempio, questo non funzionerà. Centinaia di persone muoiono ogni giorno solo perché non hanno avuto il tempo di trovare il donatore giusto. Questo è il motivo per cui la ricerca sulla coltivazione di organi artificiali è di fondamentale importanza.
Cosa c’entra questo con gli embrioni animali?
La scienza è ancora molto, molto lontana dal realizzare nuovi organi direttamente all’interno dei pazienti, ma la modifica degli embrioni animali è già disponibile. Le prime chimere viventi (i cosiddetti organismi in cui coesiste materiale genetico di diversi zigoti e uno zigote è ciò che si ottiene dopo l'incontro delle cellule germinali) hanno dimostrato che le cellule umane possono facilmente crescere nel corpo di un animale.
Gli embrioni di maiale iniziarono a formare organi, inclusi cuore e fegato. Si scopre che con una messa a punto precisa è possibile far crescere un organo umano all'interno di un animale non solo teoricamente, ma anche praticamente, e ora si è scoperto che questo può accadere anche con le pecore. Pertanto, gli organi artificiali sono una questione di tempo.
È vero, è abbastanza remoto, perché gli esperti non hanno ancora capito come dirigere questa orchestra cellulare e le questioni etiche che sorgono nel processo di tali modifiche sono piuttosto complesse. Gli specialisti devono pensare non solo agli organi in sé, ma anche a come restare al limite e non rendere il maiale o la pecora troppo umani.
Naturalmente, questo non sarà un ibrido come il Minotauro (nessuno crescerà semplicemente una cosa del genere, non ci sono sciocchi, e se ci sono, verranno presto presi a calci nelle corna), ma ora la concentrazione di cellule umane in embrioni (che, ovviamente, dopo lo studio furono distrutti proprio per evitare eccessi) - uno su 10mila, ma dovrebbe essere 1 su 100 o forse anche di più. In generale non è ancora chiaro come configurare la meccanica fine, ma è già chiaro che in linea di principio ciò è possibile.
Le attuali biotecnologie consentono molto. È noto, ad esempio, che alcuni specialisti hanno creato un sistema vascolare potenzialmente utile per gli organi artificiali “de-clowning” di una foglia di spinacio. Tutte le cellule vegetali furono ripulite e la base rimanente fu popolata con cellule umane.
Altri ricercatori hanno realizzato un materiale con cui in futuro sarà possibile realizzare, ad esempio, cerotti per il cuore dopo un infarto: il tessuto artificiale può contrarsi e condurre elettricità. Probabilmente non è necessario spiegare nulla qui: è già chiaro il motivo per cui è necessaria una patch del genere.
Tuttavia, non è sufficiente un singolo trapianto a mantenere in vita una persona. Gli organi artificiali, o anche le loro mini versioni - copie più piccole perfettamente funzionanti - hanno un'altra funzione cruciale. Possono essere utilizzati per testare l'effetto di nuovi farmaci e simulare il decorso delle malattie senza coinvolgere le persone nella ricerca.
Si sta facendo un lavoro colossale in questa direzione: ad esempio, sono già in grado di creare piccoli modelli umani da cuori di ratto, liberandoli dalle cellule animali e popolandoli, di conseguenza, con cellule Homo sapiens, ha creato mini-stomaci, mini-polmoni, mini-reni e persino un modello del sistema riproduttivo femminile che, dopo alcune modifiche, potrebbe essere potenzialmente utilizzato per la medicina personalizzata, popolandolo con le cellule di un paziente specifico e vedendo come i farmaci funzionano per lei.
Tutto ciò sembra abbastanza futuristico, ma ricorda: solo 30 anni fa era impossibile persino pensare a smartphone e computer potenti, ma adesso? All'inizio del secolo scorso non esistevano gli antibiotici, oggi ne esistono molti tipi. Cosa posso dire, le persone hanno già tentato un trapianto di testa - anche se finora senza successo, ma prima questo non poteva nemmeno essere immaginato. Quindi il futuro è già qui, oggi.
Ksenia Yakushina
Foto istockphoto.com
Organi umani artificiali
La moderna tecnologia medica consente di sostituire completamente o parzialmente gli organi umani malati. Un pacemaker elettronico, un amplificatore del suono per le persone che soffrono di sordità e una lente in plastica speciale sono solo alcuni esempi dell'uso della tecnologia in medicina. Stanno diventando sempre più diffuse anche le bioprotesi alimentate da alimentatori in miniatura che reagiscono alle biocorrenti nel corpo umano.
Durante le operazioni complesse eseguite al cuore, ai polmoni o ai reni, un prezioso aiuto ai medici è fornito dalla “Macchina cardiovascolare”, “Polmone artificiale”, “Cuore artificiale”, “Rene artificiale”, che assumono le funzioni degli organi operati e consentire temporaneamente il loro lavoro.
Il “polmone artificiale” è una pompa pulsante che fornisce aria in porzioni con una frequenza di 40-50 volte al minuto. Un pistone normale non è adatto a questo: particelle di materiale dalle sue parti di sfregamento o dalla guarnizione potrebbero penetrare nel flusso d'aria. Qui e in altri dispositivi simili vengono utilizzati soffietti in metallo ondulato o plastica: soffietti. L'aria purificata portata alla temperatura richiesta viene fornita direttamente ai bronchi.
La “macchina cuore-polmone” è progettata in modo simile. I suoi tubi sono collegati chirurgicamente ai vasi sanguigni.
Il primo tentativo di sostituire la funzione del cuore con un analogo meccanico risale al 1812. Tuttavia, tra i tanti dispositivi prodotti, non ce n’è ancora nessuno che soddisfi completamente i medici.
Scienziati e designer nazionali hanno sviluppato una serie di modelli sotto il nome generale "Ricerca". Si tratta di una protesi cardiaca a quattro camere con ventricoli a sacca progettati per l'impianto in posizione ortotopica.
Il modello distingue tra la metà sinistra e quella destra, ciascuna delle quali è costituita da un ventricolo artificiale e un atrio artificiale.
I componenti del ventricolo artificiale sono: corpo, camera di lavoro, valvole di ingresso e di uscita. Il corpo ventricolare è realizzato in gomma siliconica mediante il metodo della stratificazione. La matrice viene immersa in un polimero liquido, rimossa ed essiccata, e così via ancora e ancora fino a creare una polpa di cuore multistrato sulla superficie della matrice.
La camera di lavoro ha una forma simile al corpo. Era realizzato in gomma di lattice e poi in silicone. Una caratteristica progettuale della camera di lavoro è il diverso spessore delle pareti, in cui si distinguono le sezioni attive e passive. Il design è progettato in modo tale che anche con la piena tensione delle aree attive, le pareti opposte della superficie di lavoro della camera non si tocchino, eliminando così lesioni alle cellule del sangue.
Il designer russo Alexander Drobyshev, nonostante tutte le difficoltà, continua a creare nuovi design Poisk moderni, che saranno molto più economici dei modelli stranieri.
Uno dei migliori sistemi cardiaci artificiali stranieri oggi, Novacor, costa 400mila dollari. Con esso, puoi aspettare a casa per un'operazione per un anno intero.
La custodia Novacor contiene due ventricoli di plastica. Su un carrello separato c'è un servizio esterno: un computer di controllo, un monitor di controllo, che rimane nella clinica davanti ai medici. A casa con il paziente: un alimentatore, batterie ricaricabili, che vengono sostituite e ricaricate dalla rete elettrica. Compito del paziente è monitorare l’indicatore verde delle lampade indicanti lo stato di carica delle batterie.
I dispositivi renali artificiali sono in funzione da molto tempo e vengono utilizzati con successo dai medici.
Già nel 1837, studiando i processi di movimento delle soluzioni attraverso membrane semipermeabili, T. Grechen usò e coniò per primo il termine “dialisi” (dal greco dialisis - separazione). Ma solo nel 1912, sulla base di questo metodo, negli Stati Uniti fu costruito un dispositivo, con l'aiuto del quale i suoi autori effettuarono un esperimento per rimuovere i salicilati dal sangue degli animali. Nell’apparato, che chiamavano “rene artificiale”, venivano utilizzati tubi al collodio come membrana semipermeabile, attraverso la quale scorreva il sangue dell’animale, e l’esterno veniva lavato con una soluzione isotonica di cloruro di sodio. Tuttavia il collodio utilizzato da J. Abel si rivelò un materiale piuttosto fragile, e successivamente altri autori provarono altri materiali per la dialisi, come gli intestini degli uccelli, la vescica natatoria dei pesci, il peritoneo dei vitelli, le canne e la carta .
Per prevenire la coagulazione del sangue veniva utilizzata l'irudina, un polipeptide contenuto nella secrezione delle ghiandole salivari della sanguisuga medicinale. Queste due scoperte furono il prototipo di tutti i successivi sviluppi nel campo della pulizia extrarenale.
Qualunque siano i miglioramenti in quest’area, il principio rimane lo stesso. In qualsiasi variante, il "rene artificiale" comprende i seguenti elementi: una membrana semipermeabile, su un lato della quale scorre il sangue, e sull'altro lato - una soluzione salina. Per prevenire la coagulazione del sangue, vengono utilizzati anticoagulanti: sostanze medicinali che riducono la coagulazione del sangue. In questo caso, le concentrazioni di composti a basso peso molecolare di ioni, urea, creatinina, glucosio e altre sostanze con un piccolo peso molecolare vengono equalizzate. Con un aumento della porosità della membrana si verifica il movimento di sostanze con un peso molecolare maggiore. Se a questo processo aggiungiamo un eccesso di pressione idrostatica dal lato del sangue o una pressione negativa dal lato della soluzione di lavaggio, allora il processo di trasferimento sarà accompagnato dal movimento di trasferimento di massa dell'acqua - convezione. La pressione osmotica può essere utilizzata anche per trasferire acqua aggiungendo sostanze osmoticamente attive al dializzato. Molto spesso a questo scopo veniva utilizzato il glucosio, meno spesso il fruttosio e altri zuccheri e ancor più raramente prodotti di altra origine chimica. Allo stesso tempo, introducendo glucosio in grandi quantità, si può ottenere un effetto di disidratazione davvero pronunciato, tuttavia, non è consigliabile aumentare la concentrazione di glucosio nel dializzato oltre determinati valori a causa della possibilità di complicazioni.
Infine, è possibile abbandonare completamente la soluzione di lavaggio della membrana (dializzato) e ottenere l'uscita attraverso la membrana della parte liquida del sangue: acqua e sostanze con un peso molecolare di ampio intervallo.
Nel 1925, J. Haas eseguì la prima dialisi umana e nel 1928 usò anche l'eparina, poiché l'uso a lungo termine dell'irudina era associato ad effetti tossici e il suo stesso effetto sulla coagulazione del sangue era instabile. Per la prima volta l'eparina fu utilizzata per la dialisi nel 1926 in un esperimento di H. Nehels e R. Lim.
Poiché i materiali sopra elencati si rivelarono di scarsa utilità come base per la realizzazione di membrane semipermeabili, la ricerca di altri materiali continuò e nel 1938 venne utilizzato per la prima volta per l'emodialisi il cellophane, che negli anni successivi rimase la principale materia prima per l'emodialisi. la produzione di membrane semipermeabili per lungo tempo.
Il primo dispositivo “rene artificiale”, adatto ad un ampio uso clinico, fu creato nel 1943 da W. Kolff e H. Burke. Quindi questi dispositivi sono stati migliorati. Allo stesso tempo, lo sviluppo del pensiero tecnico in questo settore si è inizialmente interessato in misura maggiore alla modifica dei dializzatori e solo negli ultimi anni ha cominciato a influenzare in modo significativo i dispositivi stessi.
Di conseguenza, sono emersi due tipi principali di dializzatori, il cosiddetto dializzatore a bobina, che utilizzava tubi di cellophane, e il dializzatore piano parallelo, che utilizzava membrane piatte.
Nel 1960 F. Kiil progettò una versione di grande successo del dializzatore piano parallelo con piastre in polipropilene e nel corso degli anni questo tipo di dializzatore e le sue modifiche si diffusero in tutto il mondo, occupando un posto di primo piano tra tutti gli altri tipi di dializzatori.
Successivamente il processo di creazione di emodializzatori più efficienti e di semplificazione della tecnologia di emodialisi si è sviluppato in due direzioni principali: la progettazione del dializzatore stesso, con i dializzatori monouso che alla fine hanno assunto una posizione dominante, e l’uso di nuovi materiali come membrana semipermeabile.
Il dializzatore è il cuore del “rene artificiale”, e quindi gli sforzi principali di chimici e ingegneri sono sempre stati mirati a migliorare questo particolare collegamento nel complesso sistema del dispositivo nel suo insieme. Tuttavia il pensiero tecnico non ha ignorato l’apparato in quanto tale.
Negli anni '60 nacque l'idea di utilizzare i cosiddetti sistemi centrali, cioè dispositivi "rene artificiale", in cui il dializzato veniva preparato da un concentrato, una miscela di sali, la cui concentrazione era 30-34 volte superiore a quella la concentrazione nel sangue del paziente.
Una combinazione di dialisi a flusso e tecniche di ricircolo è stata utilizzata in numerose macchine per reni artificiali, ad esempio dalla società americana Travenol. In questo caso, circa 8 litri di dializzato circolavano ad alta velocità in un contenitore separato in cui era posto il dializzatore e nel quale venivano aggiunti 250 millilitri di soluzione fresca ogni minuto e la stessa quantità veniva gettata nelle fogne.
Inizialmente per l'emodialisi veniva utilizzata la semplice acqua del rubinetto, poi, a causa della sua contaminazione, in particolare da parte di microrganismi, si è cercato di utilizzare acqua distillata, ma questa si è rivelata molto costosa e inefficace. La questione fu radicalmente risolta dopo la realizzazione di speciali sistemi per la preparazione dell'acqua del rubinetto, che comprendevano filtri per purificarla dalle impurità meccaniche, ferro e suoi ossidi, silicio e altri elementi, resine a scambio ionico per eliminare la durezza dell'acqua e l'installazione di così -detta osmosi “inversa”.
Molti sforzi sono stati spesi per migliorare i sistemi di monitoraggio dei dispositivi renali artificiali. Pertanto, oltre a monitorare costantemente la temperatura del dializzato, hanno iniziato a monitorare costantemente la composizione chimica del dializzato utilizzando speciali sensori, concentrandosi sulla conduttività elettrica complessiva del dializzato, che cambia con la diminuzione della concentrazione di sale e aumenta con l'aumento della concentrazione di sale .
Successivamente, i sensori di flusso iono-selettivi iniziarono ad essere utilizzati nei dispositivi renali artificiali, che avrebbero monitorato costantemente la concentrazione di ioni. Il computer ha permesso di controllare il processo introducendo elementi mancanti da contenitori aggiuntivi o modificandone il rapporto utilizzando il principio del feedback.
L'entità dell'ultrafiltrazione durante la dialisi non dipende solo dalla qualità della membrana; in tutti i casi, il fattore decisivo è la pressione transmembrana, per questo motivo nei monitor sono diventati ampiamente utilizzati sensori di pressione: il grado di vuoto nel dializzato, la pressione al ingresso e uscita del dializzatore. La moderna tecnologia che utilizza i computer consente di programmare il processo di ultrafiltrazione.
Uscendo dal dializzatore, il sangue entra nella vena del paziente attraverso una trappola d'aria, che consente di giudicare a occhio la quantità approssimativa del flusso sanguigno e la tendenza del sangue a coagularsi. Per prevenire l'embolia gassosa, queste trappole sono dotate di condotti d'aria, con l'aiuto dei quali viene regolato il livello del sangue al loro interno. Attualmente, in molti dispositivi, sulle trappole ad aria sono posizionati rilevatori a ultrasuoni o fotoelettrici, che chiudono automaticamente la linea venosa quando il livello del sangue nella trappola scende al di sotto di un livello predeterminato.
Recentemente, gli scienziati hanno creato dispositivi per aiutare le persone che hanno perso la vista, completamente o parzialmente.
Gli occhiali miracolosi, ad esempio, sono stati sviluppati dalla società di produzione di ricerca e innovazione Rehabilitation sulla base di tecnologie precedentemente utilizzate solo negli affari militari. Come un mirino notturno, il dispositivo funziona secondo il principio della localizzazione a infrarossi. Le lenti nere satinate degli occhiali sono in realtà lastre di plexiglass con un dispositivo di posizionamento in miniatura tra di loro. L'intero localizzatore, insieme alla montatura degli occhiali, pesa circa 50 grammi, più o meno come un normale occhiale. E sono selezionati, come gli occhiali per i vedenti, rigorosamente singolarmente, in modo che siano allo stesso tempo comodi e belli. Le “lenti” non solo svolgono le loro funzioni dirette, ma coprono anche i difetti oculari. Tra due dozzine di opzioni, ognuno può scegliere quella più adatta a sé.
Usare gli occhiali non è affatto difficile: basta indossarli e accendere la corrente. La loro fonte di energia è una batteria scarica delle dimensioni di un pacchetto di sigarette. Anche il generatore si trova qui nel blocco.
I segnali emessi da esso, dopo aver incontrato un ostacolo, ritornano indietro e vengono catturati dalle “lenti del ricevitore”. Gli impulsi ricevuti vengono amplificati rispetto al segnale di soglia e, se c'è un ostacolo, suona immediatamente un cicalino: tanto più forte quanto più la persona si avvicina. La portata del dispositivo può essere regolata utilizzando una delle due gamme.
Il lavoro sulla creazione di una retina elettronica viene svolto con successo da specialisti americani della NASA e dal Centro principale della Johns Hopkins University.
Inizialmente, hanno cercato di aiutare le persone che avevano ancora qualche residuo di vista. "Per loro sono stati creati gli occhiali da televisione", scrivono S. Grigoriev ed E. Rogov nella rivista "Young Technician", dove al posto delle lenti sono installati schermi televisivi in miniatura. Altrettanto videocamere in miniatura posizionate sul telaio trasmettono nell'immagine tutto ciò che cade nel campo visivo di una persona comune. Tuttavia, per i non vedenti, l'immagine viene decifrata anche utilizzando un computer integrato. Un dispositivo del genere non fa miracoli speciali e non rende ciechi, dicono gli esperti, ma sfrutterà al massimo le capacità visive rimanenti di una persona e faciliterà l'orientamento.
Ad esempio, se a una persona rimane almeno una parte della retina, il computer "divide" l'immagine in modo che la persona possa vedere l'ambiente circostante almeno con l'aiuto delle aree periferiche conservate.
Secondo gli sviluppatori, tali sistemi aiuteranno circa 2,5 milioni di persone affette da disabilità visive. Ebbene, che dire di quelli la cui retina è quasi completamente perduta? Per loro, gli scienziati del Centro oculistico della Duke University (Carolina del Nord) stanno perfezionando le operazioni per impiantare una retina elettronica. Sotto la pelle vengono impiantati elettrodi speciali che, collegati ai nervi, trasmettono le immagini al cervello. Una persona non vedente vede un'immagine composta da singoli punti luminosi, molto simili ai tabelloni installati negli stadi, nelle stazioni ferroviarie e negli aeroporti. L’immagine sul “tabellone segnapunti” è nuovamente creata da telecamere in miniatura montate su montature per occhiali”.
E infine, l'ultima parola della scienza oggi è il tentativo di creare nuovi centri sensibili sulla retina danneggiata utilizzando la moderna microtecnologia. Tali operazioni vengono ora eseguite nella Carolina del Nord dal professor Rost Propet e dai suoi colleghi. Insieme agli specialisti della NASA, hanno creato i primi campioni di retina subelettronica, che viene impiantata direttamente nell'occhio.
“I nostri pazienti, ovviamente, non potranno mai ammirare i dipinti di Rembrandt”, commenta il professore. “Saranno comunque in grado di distinguere dov’è la porta e dov’è la finestra, i segnali stradali e le insegne...”
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Evseeva Ekaterina Andreevna
Capitolo 1. Storia della creazione di organi artificiali e sviluppo della moderna scienza biologica in questa direzione
Capitolo 2. Organi artificiali moderni, materiali per la loro creazione
Capitolo 3. Atteggiamento del pubblico nei confronti degli organi artificiali
Capitolo 4. Il significato pratico degli organi artificiali e la tendenza allo sviluppo della scienza russa in questa direzione
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Didascalie delle diapositive:
Istituzione educativa municipale - Scuola secondaria n. 3 di Atkarsk
Autore: Evseeva Ekaterina, studentessa dell'11 ° grado
scuola secondaria n. 3 ad Atkarsk
Supervisore scientifico: Natalya Vladimirovna Kuznetsova, insegnante di biologia e chimica, scuola secondaria n. 3, Atkarsk
Atkarsk 2012
O
Trattare
sostituire un organo? Scopri quando sono comparsi i primi tentativi di ricreare organi umani. Parlare dei moderni organi artificiali Mostrare i “pro” e i “contro” degli organi artificiali. Rivelare il principio dell'uso pratico degli organi artificiali. Condurre indagini sociologiche e identificare l'atteggiamento delle persone moderne nei confronti dell'introduzione di organi artificiali nel corpo. Identificare le tendenze nello sviluppo della scienza biologica nella direzione della creazione di organi artificiali in Russia.
Lo sviluppo di dispositivi in grado di assumere le funzioni degli organi del corpo umano è uno dei settori d'avanguardia della medicina moderna.
La storia dello sviluppo degli organi artificiali risale a decenni fa. Sin dai tempi antichi, le persone hanno cercato di creare "pezzi di ricambio", sostituti degli organi naturali.
I primi sviluppi scientifici in questo settore risalgono al 1925, quando S. Bryukhonenko e S. Chechulin (scienziati sovietici) condussero un esperimento con un dispositivo stazionario in grado di sostituire il cuore
Figura 2. Bryukhonenko Sergey Sergeevich
L'anno 1925 è considerato l'inizio del conto alla rovescia nella storia dello sviluppo degli organi artificiali.
Nel 1936, lo scienziato S. Bryukhonenko sviluppò in modo indipendente un ossigenatore, un dispositivo che sostituiva la funzione polmonare.
All'inizio del 1937, V. Demikhov realizzò a mano il primo campione di cuore impiantabile e lo testò su un cane.
Nel 1943, lo scienziato olandese W. Kolf sviluppò la prima macchina per emodialisi, cioè il primo rene artificiale.
Nel 1953, J. Gibbon, uno scienziato statunitense, utilizzò con successo per la prima volta cuore e polmoni artificiali stazionari durante un intervento chirurgico sul cuore umano.
Nel 1969, D. Liotta e D. Cooley testarono per la prima volta un cuore artificiale impiantabile nel corpo umano.
Nel 2007 è stato stabilito un record per l'aspettativa di vita di un paziente con polmoni completamente artificiali (ma stazionari): 117 giorni.
Nel 2008, per la prima volta nella storia, i medici hanno sostenuto l’attività vitale del paziente ripristinando contemporaneamente artificialmente la funzione del cuore e dei polmoni per 16 giorni in attesa di un cuore da donatore.
La moderna industria biologica ha raggiunto il suo apice. Appaiono sempre più nuovi dispositivi e strumenti, il cui sviluppo non richiede decenni, ma mesi. Se prima la creazione dei cyborg era solo una favola, le invenzioni moderne permettono di dubitarne.
Un professore dell'Università della Carolina del Sud, dopo lunghe ricerche, ha creato un chip in grado di sostituire l'ippocampo, la parte del cervello responsabile della memoria a breve termine, nonché dell'orientamento spaziale.
Gli scienziati tedeschi dell'Istituto di biochimica Max Planck, dopo lunghe ricerche, sono riusciti a combinare cellule cerebrali viventi con un chip semiconduttore.
E l’azienda californiana Neuropace ha sviluppato un dispositivo di stimolazione elettrica per epilettici, chiamato “neurostimolatore delle risposte”
Un gruppo di specialisti del consorzio Bionic Vision Australia ha presentato il proprio occhio bionico all'Università di Melbourne
Ma l'approccio degli inglesi, che hanno sviluppato la tecnologia BrainPort, è fondamentalmente diverso da tutti quelli sopra descritti in termini di metodo di trasmissione delle informazioni.
Il primo gruppo è composto da persone dai 16 ai 25 anni. Il secondo gruppo va dai 26 ai 45 anni. Il numero di partecipanti in ciascun gruppo è di 30 persone. Il sondaggio consisteva nelle seguenti domande: cosa ne pensi degli organi artificiali? Pensi che gli organi artificiali possano prolungare la vita umana? Come risponderesti alla domanda: “Trattare o sostituire un organo”?
Lo sviluppo e la creazione di organi artificiali nei principali paesi occidentali è uno dei principali programmi governativi.
In tutti questi anni, il lavoro sulla creazione e l'uso clinico di organi artificiali nei principali paesi e, in particolare, in Russia non solo non si è fermato, ma ha ricevuto finanziamenti prioritari. Oggi, questa direzione riunisce gli ultimi sviluppi e tecnologie mediche, biologiche e tecniche mondiali, coinvolgendo nella loro creazione anche le ultime conquiste del complesso militare-industriale. L’incentivo sono gli incredibili profitti di mercato e la domanda illimitata di sviluppi nel mercato medico. Le principali aree mediche per le quali si stanno realizzando sviluppi sono le malattie cardiovascolari, il diabete mellito, l'oncologia e la traumatologia.
sostituire un organo?
O
Trattare
Credo che in futuro l'umanità migliorerà gli organi esistenti o troverà un modo alternativo per risolvere questo problema. E chissà, forse entro la fine del 21 ° secolo le persone avranno possibilità illimitate e i cyborg non diventeranno una favola, ma una realtà reale. Gli obiettivi che mi ero prefissato all’inizio del progetto sono stati raggiunti. Sono state scoperte nuove conoscenze scientifiche. Sono stati ottenuti risultati pratici ed utili. Questo progetto può essere utilizzato durante lo svolgimento di lezioni, seminari e come supporto didattico.
Conclusione:
Elenco della letteratura utilizzata: Bryukhonenko S.S., Chechulin S.I. (1926), Esperimenti sull'isolamento della testa di un cane (con dimostrazione del dispositivo) // Atti del II Congresso dei fisiologi di tutta l'Unione. - L.: Glavnauka.Demikhov V.P. (1960), Trapianto sperimentale di organi vitali. - M.: MedgizGrishmanov V.Yu., Lebedinsky K.M. (2000). Nutrizione artificiale: concetti e possibilità // Mondo della medicina (3-4). Shutov EV (2010). Dialisi peritoneale - M.http://ru.wikipedia.org/wikihttp://medi.ru/doc/http://itc.ua/articles/iskusstvennye_organy_na_puti_k_kiborgamhttp://novostinauki.ru/news/19118/
Anteprima:
introduzione
Capitolo 1. Storia della creazione di organi artificiali e sviluppo della moderna scienza biologica in questa direzione
Capitolo 2. Organi artificiali moderni, materiali per la loro creazione
Capitolo 3. Atteggiamento del pubblico nei confronti degli organi artificiali
Capitolo 4. Il significato pratico degli organi artificiali e la tendenza allo sviluppo della scienza russa in questa direzione
Conclusione
Applicazioni
introduzione
Nel XX secolo l’industria scientifica ha acquisito nuove priorità. Il mondo moderno richiede la risoluzione di molti problemi: curare malattie mortali, rigenerare le cellule del corpo umano, decifrare il codice genetico. Tuttavia, c'è un altro problema: la capacità di "consumare" gli organi umani. Gli organi artificiali sono un modo alternativo per risolvere questo problema. Ora la domanda è: “Trattare o sostituire l’organo?” - sta esattamente nella scienza biologica. Il mio progetto è mirato allo studio di questo problema e a questo proposito mi sono posto i seguenti compiti:
- Scopri quando sono comparsi i primi tentativi di ricreare organi umani
- Parliamo di organi artificiali moderni
- Spiegare il principio di selezione dei materiali per la loro creazione
- Mostra i pro e i contro degli organi artificiali
- Rivelare il principio dell'uso pratico degli organi artificiali
- Condurre indagini sociologiche e identificare l'atteggiamento delle persone moderne nei confronti dell'introduzione di organi artificiali nel corpo
- Identificare le tendenze nello sviluppo della scienza biologica nella direzione della creazione di organi artificiali in Russia.
Lo sviluppo di dispositivi in grado di assumere le funzioni degli organi del corpo umano è uno dei settori d'avanguardia della medicina moderna. Il corpo ha molte funzioni: motoria, sensoriale, intellettuale e altre.
Ma un posto speciale tra le funzioni del corpo umano è occupato dalla funzione del proprio supporto vitale. Se non viene soddisfatto, non ha senso parlare dell'implementazione di altre funzioni. Gli organi fondamentali per la vita sono i polmoni, il cuore, i reni, il sistema vascolare e digestivo, il fegato e alcuni altri componenti. Già oggi esistono attrezzature in grado di ricostituire per lungo tempo le funzioni della maggior parte degli organi di supporto vitale di base. Ad esempio, la durata massima di vita di una persona con un cuore artificiale assistito è di 9 anni, la durata massima di vita con rene artificiale è di 40 anni, la durata massima di vita di un paziente alimentato con una flebo (bypassando il tratto gastrointestinale) è superiore a 30 anni. I risultati per quanto riguarda gli altri organi sono ancora più modesti, ma anche in essi si registrano progressi
Mi sono interessato a questo argomento per diversi motivi. Innanzitutto, uno dei miei parenti che ha avuto un incidente stradale ha solo un rene perfettamente funzionante. È stato informato che in futuro gli sarebbe potuto essere impiantato un rene artificiale. Tuttavia, ciò richiederà diversi anni di ricerca. Mi interessava il principio della sostituzione degli organi veri con quelli artificiali. In secondo luogo, quest'anno entrerò nel "Dipartimento di trapianti e organi artificiali" dell'Università medica statale di Mosca e collegherò la mia vita con questo tipo di attività. In terzo luogo, questo argomento è abbastanza rilevante in questi giorni. Dopotutto, la creazione di organi artificiali consente di prolungare e preservare la vita umana.
1. La storia della creazione di organi artificiali e lo sviluppo della moderna scienza biologica in questa direzione.
La storia dello sviluppo degli organi artificiali risale a decenni fa. Sin dai tempi antichi, le persone hanno cercato di creare "pezzi di ricambio", sostituti degli organi naturali. Anche 2000 anni fa, lo storico greco Erodoto raccontò di un guerriero che si tagliò il piede incatenato per sfuggire alla prigionia, e per molti anni camminò con una gamba di legno. E durante gli scavi vicino alla città italiana di Capua, gli archeologi hanno trovato una gamba di bronzo di un legionario romano, in sostituzione di quella persa in una delle battaglie più di 1.500 anni fa. Nel Medioevo, gli arti artificiali - le protesi - iniziarono a essere resi mobili.
I primi sviluppi scientifici in questo settore risalgono al 1925, quando S. Bryukhonenko e S. Chechulin (scienziati sovietici) condussero un esperimento con un dispositivo stazionario in grado di sostituire il cuore (Appendice 1). La conclusione di questo esperimento è stata la seguente: la testa del cane, separata dal corpo, ma collegata ai polmoni del donatore e ad un nuovo apparato, è in grado di rimanere vitale per diverse ore, rimanendo cosciente e persino mangiando cibo. L'anno 1925 è considerato l'inizio del conto alla rovescia nella storia dello sviluppo degli organi artificiali.
Nel 1936, lo scienziato S. Bryukhonenko sviluppò in modo indipendente un ossigenatore, un dispositivo che sostituiva la funzione polmonare. Da questo momento in poi è teoricamente possibile mantenere l'intero ciclo di supporto vitale delle teste di animali separate fino a diversi giorni. Tuttavia, in pratica questo non è possibile. Si evidenziano molte carenze dell'attrezzatura: distruzione dei globuli rossi, riempimento del sangue con bolle, coaguli di sangue, alto rischio di infezione. Per questo motivo, il primo utilizzo di dispositivi simili sull’uomo è ritardato di altri 17 anni.
All'inizio del 1937, V. Demikhov realizzò a mano il primo campione di cuore impiantabile e lo testò su un cane. Ma le basse caratteristiche tecniche del nuovo dispositivo ne consentono l'utilizzo continuo solo per un'ora e mezza, dopodiché il cane muore.
Nel 1943, lo scienziato olandese W. Kolff sviluppò la prima macchina per emodialisi, cioè il primo rene artificiale. Un anno dopo, sta già utilizzando il dispositivo nella pratica medica, sostenendo la vita di un paziente con insufficienza renale grave per 11 ore.
Nel 1953, J. Gibbon, uno scienziato statunitense, utilizzò con successo per la prima volta cuore e polmoni artificiali stazionari durante un intervento chirurgico sul cuore umano. Da allora le macchine cuore-polmoni fisse sono diventate parte integrante della cardiochirurgia.
Nel 1963, R. White mantenne la vitalità del cervello di una scimmia individuale per circa 3 giorni.
Nel 1969, D. Liotta e D. Cooley testarono per la prima volta un cuore artificiale impiantabile nel corpo umano. Il cuore mantiene in vita il paziente per 64 ore in attesa di un trapianto umano. Ma subito dopo il trapianto il paziente muore.
Nei decenni successivi non verranno sviluppati nuovi dispositivi. Gli errori delle invenzioni precedenti vengono eliminati.
Nel 2007 è stato stabilito un record per l'aspettativa di vita di un paziente con polmoni completamente artificiali (ma stazionari): 117 giorni.
Nel 2008, per la prima volta nella storia, i medici hanno sostenuto l’attività vitale del paziente ripristinando contemporaneamente artificialmente la funzione del cuore e dei polmoni per 16 giorni in attesa di un cuore da donatore. Nello stesso anno, gli scienziati dell'Università della California annunciarono il rilascio del primo rene artificiale portatile al mondo. Oltre a questi risultati, il 2008 ha visto eventi significativi nello sviluppo di altri organi artificiali e parti del corpo. Pertanto, Touch Bionics ha creato un braccio protesico rivoluzionario altamente realistico.
Nel 2010, il primo rene bionico impiantabile è stato sviluppato presso l’Università della California, ma non è stato ancora portato alla produzione di massa (Appendice 2).
2. Organi artificiali moderni, materiali per la loro creazione.
La moderna industria biologica ha raggiunto il suo apice. Appaiono sempre più nuovi dispositivi e strumenti, il cui sviluppo non richiede decenni, ma mesi. Se prima la creazione dei cyborg era solo una favola, le invenzioni moderne permettono di dubitarne.
La prima area di sviluppo degli organi artificiali riguarda l'area del cervello umano, le cui capacità non sono completamente comprese. Tuttavia, vengono eseguite alcune manipolazioni cerebrali, principalmente allo scopo di curare malattie. Un professore dell'Università della Carolina del Sud, dopo lunghe ricerche, ha creato un chip in grado di sostituire l'ippocampo, la parte del cervello responsabile della memoria a breve termine, nonché dell'orientamento spaziale. Poiché nelle malattie neurodegenerative l'ippocampo viene spesso danneggiato, questo chip, attualmente sottoposto a test di laboratorio, può diventare una cosa indispensabile nella vita di molti pazienti.
Gli scienziati tedeschi dell'Istituto di biochimica Max Planck, dopo lunghe ricerche, sono riusciti a combinare cellule cerebrali viventi con un chip semiconduttore. L'importanza della scoperta sta nel fatto che questa tecnologia consente di far crescere strisce di tessuto molto sottili su un chip, in seguito alle quali sarà possibile osservare in grande dettaglio l'interazione di tutte le cellule nervose tra loro identificando i segnali inviati dalle cellule attraverso le sinapsi.
E l'azienda californiana Neuropace ha sviluppato un dispositivo di stimolazione elettrica per epilettici, chiamato “neurostimolatore delle risposte” (Appendice 3). Il principio di funzionamento è che il dispositivo trattiene il flusso di impulsi incontrollati durante le convulsioni utilizzando scariche elettriche provenienti da una fonte esterna. Gli studi Neuroce sono stati condotti su centinaia di pazienti, con risultati soddisfacenti osservati in quasi la metà.
Un'altra area di implementazione degli organi artificiali è l'apparato oculare. Esistono molte opzioni per creare occhi artificiali.
Un gruppo di specialisti del consorzio Bionic Vision Australia ha presentato il proprio occhio bionico all'Università di Melbourne (Appendice 4). I test di laboratorio sono già in corso e si prevede un’implementazione più diffusa entro il 2013.
Gli scienziati dell'Università della California sono riusciti a creare una protesi in grado di svolgere le funzioni della retina. In questa fase del test, una persona è in grado di vedere solo un'immagine sfocata, ma le prospettive future sono piuttosto positive. Questa protesi è progettata in questo modo: alla montatura degli occhiali è fissata una telecamera, attraverso la quale l'immagine viene trasmessa direttamente ai neuroni sopravvissuti nella retina. Per convertire il segnale video in ingresso in impulsi percepibili dalle cellule nervose, è stato necessario sviluppare uno speciale convertitore hardware-software.
Vale la pena notare che la qualità della visione offerta dalla tecnologia utilizzata in tutti i dispositivi sopra menzionati dipende direttamente dal numero di elettrodi fotosensibili nell'impianto. Se nella fase attuale ce ne sono solo 60, nel prossimo futuro si prevede di aumentare questo numero a 1000, il che migliorerà radicalmente la percezione, non solo trasmettendo punti di luce, ma informando in modo molto più completo una persona su ciò che sta accadendo in giro.
Ma l'approccio degli inglesi, che hanno sviluppato la tecnologia BrainPort, è fondamentalmente diverso da tutti quelli sopra descritti in termini di metodo di trasmissione delle informazioni. L'idea è che una persona dovrebbe iniziare a vedere usando il linguaggio (Appendice 5).
La parte esterna del dispositivo, come di consueto, comprende una piccola videocamera montata nella montatura degli occhiali e un convertitore che converte il segnale. Tuttavia, invece di elettrodi impiantati nella retina che trasmettono dati ai nervi ottici, BrainPort è dotato di un tubicino con un trasmettitore rettangolare che deve essere posizionato sulla lingua. Gli vengono trasmessi degli impulsi elettrici e, a seconda della loro intensità, una persona può riconoscere la presenza di ostacoli sul percorso.
Il prossimo ambito in cui vengono utilizzati spesso gli organi artificiali è quello degli apparecchi acustici umani. Fortunatamente, a differenza della vista, il ripristino parziale e persino completo dell’udito è più facile da realizzare, motivo per cui gli apparecchi acustici o, scientificamente parlando, gli impianti cocleari esistono da molto tempo. Il principio del loro funzionamento è semplice: utilizzando un microfono situato dietro l'orecchio, il segnale audio viene trasmesso alla seconda parte del dispositivo, che stimola il nervo uditivo - in sostanza, l'apparecchio acustico aumenta il volume del suono percepito.
La professoressa Miriam Farst-Yust della Facoltà di ingegneria elettrica dell'Università di Tel Aviv, ad esempio, ha sviluppato un nuovo tipo di software applicativo “Clearcall”. Questo programma è progettato specificamente per impianti cocleari e apparecchi acustici e consente di ascoltare i suoni più chiaramente in luoghi rumorosi, riconoscere il parlato e filtrare il rumore di fondo. Affinché una persona possa percepire i suoni normalmente, Clearcall funziona con il proprio database di suoni, ottenendo il filtraggio più accurato del rumore estraneo e l'amplificazione dei segnali "utili".
Per quanto riguarda i materiali per la creazione di organi artificiali, vengono utilizzati principalmente i polimeri. Ad esempio, il polietilene a bassa densità e il policaprolattame vengono utilizzati per creare prodotti che entrano in contatto con i tessuti corporei. Il policarbonato viene utilizzato per creare l'alloggiamento e le parti dei ventricoli e degli stimolatori cardiaci. Floroplast-4 viene utilizzato per protesi di vasi sanguigni e valvole cardiache. Il polimetilmetacrilato viene utilizzato per creare parti di dispositivi “rene artificiale” e “cuore-polmone”. La colla cianoacrilica viene utilizzata per creare giunti senza giunzioni. Per quanto riguarda i pro e i contro dei moderni organi artificiali, possiamo dire quanto segue:
Professionisti:
- Possibilità di preservare la vita umana in caso di attesa di un organo da donatore
- Un gran numero di sviluppi e miglioramenti agli organi artificiali esistenti
- Possibilità di preservare la vita umana in caso di perdita di un organo reale (impianti, protesi)
- Capacità di sostituire un organo non funzionante fin dalla nascita (cecità)
Aspetti negativi:
- Grande rischio quando si introduce un nuovo organo
- Costo elevato degli organi artificiali
- Mancanza di un livello sufficiente di sviluppo della moderna scienza biologica in questa direzione
Pertanto, per riassumere quanto sopra, possiamo dire che la moderna scienza biologica si sta sviluppando attivamente in questa direzione.
3. Atteggiamento del pubblico nei confronti degli organi artificiali
Come sapete, l'atteggiamento nei confronti della scienza non è mai stato univoco. Nella storia dello sviluppo umano non c'è mai stato un unico punto di vista sia sull'origine dell'uomo che sui benefici dell'innovazione scientifica. Ho condotto un sondaggio tra 2 gruppi sociologici. Il primo gruppo è composto da persone dai 16 ai 25 anni. Il secondo gruppo va dai 26 ai 45 anni. Il numero di partecipanti in ciascun gruppo è di 30 persone. L’indagine consisteva nelle seguenti domande:
- Cosa ne pensi degli organi artificiali?
- Pensi che gli organi artificiali possano prolungare la vita umana?
- Come risponderesti alla domanda: “Trattare o sostituire un organo”?
Ho presentato i risultati dell'indagine sotto forma di diagrammi (Appendice 6)
Pertanto, sulla base di questi diagrammi, vediamo che le persone della generazione più anziana sono le più sprezzanti nei confronti degli organi artificiali. La generazione più giovane, al contrario, crede che gli organi artificiali siano il futuro dell'umanità. L'atteggiamento verso lo sviluppo della scienza biologica in questa direzione è ambiguo. Tuttavia, avendo svolto molte ricerche su questo problema, credo che gli organi artificiali alla fine contribuiranno a prolungare la vita umana e ad affrontare i difetti congeniti e le malattie.
4. Il significato pratico degli organi artificiali e la tendenza allo sviluppo della scienza russa in questa direzione
Lo sviluppo e la creazione di organi artificiali nei principali paesi occidentali è uno dei principali programmi governativi. Negli Stati Uniti, questo programma è costantemente sotto il patrocinio dei presidenti del paese. In questi paesi gli investimenti totali del solo capitale privato nei vari settori del programma ammontano a miliardi di dollari all'anno. Allo stesso tempo, forniscono agli investitori rendimenti immediati e stabili e garantiscono prospettive politiche ed economiche affidabili.
La maggior parte degli organi artificiali sono ormai un vero lusso. Fanno eccezione le protesi e gli apparecchi acustici. Pertanto, la maggior parte degli esperimenti e degli sviluppi di organi artificiali avviene attualmente all'estero, nei paesi europei e negli Stati Uniti. Tuttavia, la Russia moderna sta cercando di stare al passo con i tempi. Nel nostro Paese, gli sviluppi biologici in questo campo della scienza vengono sempre più finanziati, vengono aperti sempre più dipartimenti volti alla formazione di scienziati altamente qualificati in questo settore. In Russia, questa direzione ha ricevuto il sostegno statale nel 1974 dopo la conclusione dell'Accordo intergovernativo di cooperazione tra l'URSS e gli Stati Uniti nel campo della creazione di un cuore artificiale.
Sotto il Comitato statale per la scienza e la tecnologia dell'URSS è stata creata una commissione interdipartimentale, che ha sviluppato un programma completo di ricerca e sviluppo per due anni, interamente finanziato.
Sfortunatamente, il completamento infruttuoso della cooperazione sul programma per la creazione di un cuore artificiale, la successiva riduzione dei finanziamenti, l'indebolimento dell'interesse della leadership del paese nella sua continuazione e i cambiamenti economici e politici avvenuti nel paese negli anni '90 si sono quasi completamente fermati lavorare in questa direzione. Le selvagge relazioni di mercato che si svilupparono in Russia nella fase iniziale riorientarono gli interessi degli specialisti verso il trapianto di organi vitali. Allo stesso tempo, non è stata presa in considerazione l’esperienza occidentale della moderna trapiantologia, dove, insieme alla pratica clinica ben organizzata (ad esempio il sistema Eurotransplant) e legalmente protetta del trapianto di organi vitali (cuore, rene, fegato, pancreas , polmoni) ai pazienti bisognosi, è stato osservato lo sviluppo del settore criminale dei trapianti.
In tutti questi anni, il lavoro sulla creazione e l'uso clinico di organi artificiali nei paesi leader e, soprattutto, negli Stati Uniti non solo non si è fermato, ma ha ricevuto finanziamenti prioritari. Oggi, questa direzione riunisce gli ultimi sviluppi e tecnologie mediche, biologiche e tecniche mondiali, coinvolgendo nella loro creazione anche le ultime conquiste del complesso militare-industriale. L’incentivo sono gli incredibili profitti di mercato e la domanda illimitata di sviluppi nel mercato medico. Le principali aree mediche per le quali si stanno realizzando sviluppi sono le malattie cardiovascolari, il diabete mellito, l'oncologia e la traumatologia.
5. conclusione
Per riassumere quanto sopra, vorrei dire che la questione dello sviluppo e dell'uso degli organi artificiali è piuttosto controversa. Non esiste un unico punto di vista su questo problema. Non esiste un'unica tecnologia di produzione e sviluppo in questo settore, il che ha un effetto positivo sullo sviluppo della scienza biologica. Il futuro utilizzo degli organi artificiali rimane controverso. Ma personalmente credo che in futuro l'umanità migliorerà gli organi esistenti o troverà un modo alternativo per risolvere questo problema. E chissà, forse entro la fine del 21 ° secolo le persone avranno possibilità illimitate e i cyborg non diventeranno una favola, ma una realtà reale. Gli obiettivi che mi ero prefissato all’inizio del progetto sono stati raggiunti. Sono state scoperte nuove conoscenze scientifiche. Sono stati ottenuti risultati pratici ed utili. Questo progetto può essere utilizzato durante lo svolgimento di lezioni, seminari e come supporto didattico.
Elenco della letteratura usata
- Bryukhonenko S.S., Chechulin S.I. (1926), Esperimenti sull'isolamento della testa di un cane (con dimostrazione del dispositivo) // Atti del II Congresso dei fisiologi di tutta l'Unione. - L.: Glavnauka, - P. 289-290
- Demichov V.P. (1960), Trapianto sperimentale di organi vitali. - M.: Medgiz
- Grishmanov V.Yu., Lebedinsky K.M. (2000). Nutrizione artificiale: concetti e possibilità // World of Medicine (3-4), 26-32 S.
- Shutov EV (2010). Dialisi peritoneale – M - 153 s
- Risorse Internet:
Già oggi le tecnologie per la coltivazione di nuovi organi sono ampiamente utilizzate in medicina e consentono di sviluppare nuovi metodi per studiare il sistema immunitario e varie malattie, oltre a ridurre la necessità di trapianti. I pazienti sottoposti a trapianto d'organo necessitano di grandi quantità di farmaci tossici per sopprimere il loro sistema immunitario; in caso contrario, il loro corpo potrebbe rigettare l'organo trapiantato. Tuttavia, grazie ai progressi nell’ingegneria dei tessuti, i trapianti di organi potrebbero diventare un ricordo del passato. Utilizzando le cellule dei pazienti stessi come materiale per coltivare nuovi tipi di tessuti in laboratorio, gli scienziati stanno scoprendo nuove tecnologie per creare organi umani.
La coltivazione di organi è una promettente tecnologia di bioingegneria, il cui obiettivo è creare vari organi biologici vitali a tutti gli effetti per gli esseri umani. La tecnologia non è stata ancora utilizzata sugli esseri umani.
La creazione di organi è diventata possibile poco più di 10 anni fa grazie allo sviluppo delle tecnologie di bioingegneria. Le cellule staminali prelevate dal paziente vengono utilizzate per la coltivazione. La tecnologia IPC (cellule pluripotenti indotte) recentemente sviluppata consente di riprogrammare le cellule staminali adulte in modo che possano diventare qualsiasi organo.
La crescita degli organi o dei tessuti umani può essere interna o esterna (in provette).
Lo scienziato più famoso in questo campo è Anthony Atala, riconosciuto Dottore dell'anno 2011, capo del laboratorio del Wake City Institute of Regenerative Medicine (USA). È stato sotto la sua guida che 12 anni fa è stato creato il primo organo artificiale, la vescica. Innanzitutto, Atala e i suoi colleghi hanno creato una matrice artificiale partendo da materiali biocompatibili. Poi hanno prelevato cellule staminali vescicali sane dal paziente e le hanno trasferite su un telaio: alcune dall'interno, altre dall'esterno. Dopo 6-8 settimane l'organo era pronto per il trapianto.
"Mi è stato insegnato che le cellule nervose non si rigenerano", ha ricordato in seguito Atala. - Quanto siamo rimasti stupiti quando abbiamo osservato come la vescica da noi trapiantata fosse ricoperta da una rete di cellule nervose! Ciò significava che avrebbe, come dovrebbe, comunicato con il cervello e avrebbe funzionato come tutte le persone sane. È sorprendente quante verità che sembravano incrollabili solo 20 anni fa siano state confutate, e ora le porte verso il futuro sono aperte per noi”.
Per creare una matrice, un donatore o tessuti artificiali, vengono utilizzati anche nanotubi di carbonio e filamenti di DNA. Ad esempio, la pelle cresciuta su un telaio fatto di nanotubi di carbonio è decine di volte più resistente dell'acciaio: invulnerabile, come Superman. Non è chiaro come un chirurgo, ad esempio, possa lavorare con una persona del genere. La pelle su un telaio fatto di seta di ragno (anch'essa più resistente dell'acciaio) è già stata coltivata. È vero, la persona non è stata ancora trapiantata.
E forse la tecnologia più avanzata è la stampa degli organi. È stato inventato dallo stesso Atala. Il metodo è adatto per gli organi solidi ed è particolarmente indicato per quelli tubolari. Per i primi esperimenti abbiamo utilizzato una normale stampante a getto d'inchiostro. Più tardi, ovviamente, ne hanno inventato uno speciale.
Il principio è semplice, come ogni cosa geniale. Invece di inchiostro di diversi colori, le cartucce sono riempite con sospensioni di diversi tipi di cellule staminali. Il computer calcola la struttura dell'organo e imposta la modalità di stampa. Ovviamente è più complessa della stampa convenzionale su carta; ha molti, molti strati. Grazie a loro, viene creato il volume. Quindi tutto dovrebbe crescere insieme. È già stato possibile “stampare” i vasi sanguigni, compresi quelli con ramificazioni complesse.
Pelle e cartilagine. Sono i più facili da coltivare: bastava imparare a riprodurre le cellule della pelle e della cartilagine all'esterno del corpo. La cartilagine viene trapiantata da circa 16 anni; è un'operazione abbastanza comune.
Vasi sanguigni. Coltivarli è un po’ più difficile che coltivare la pelle. Dopotutto, è un organo tubolare costituito da due tipi di cellule: alcune rivestono la superficie interna, mentre altre formano le pareti esterne. I giapponesi furono i primi a far crescere i vasi sanguigni sotto la guida del professor Kazuwa Nakao della Facoltà di Medicina dell’Università di Kyoto nel 2004. Poco dopo, nel 2006, la direttrice dello Stem Cell Institute dell'Università del Minnesota a Minneapolis (USA), Catherine Verfeil, ha dimostrato la crescita delle cellule muscolari.
Cuore. Sedici bambini in Germania hanno già ricevuto valvole cardiache coltivate su un'impalcatura di cuore di maiale. Due bambini convivono con queste valvole da 8 anni e le valvole crescono insieme al cuore! Un gruppo di scienziati americano-Hong Kong promette di iniziare a trapiantare “cerotti” per il cuore dopo un infarto tra 5 anni, e un team inglese di bioingegneri prevede di trapiantare un cuore completamente nuovo tra 10 anni.
Reni, fegato, pancreas. Come il cuore, questi sono i cosiddetti organi solidi. Hanno la più alta densità cellulare, il che li rende i più difficili da coltivare. La domanda principale è già stata risolta: come far sì che le cellule coltivate assomiglino alla forma di un fegato o di un rene? Per fare ciò, prendono una matrice a forma di organo, la mettono in un bioreattore e la riempiono di cellule.
Vescia. Il primo vero “organo a provetta”. Oggi, diverse decine di americani sono già stati sottoposti ad operazioni per far crescere e trapiantare la loro “nuova” vescica.
Mascella superiore. Gli specialisti dell'Istituto di medicina rigenerativa dell'Università di Tampere (Finlandia) sono riusciti a far crescere la mascella superiore di una persona... nella sua cavità addominale. Hanno trasferito le cellule staminali su una matrice artificiale di fosfato di calcio e le hanno cucite nello stomaco dell'uomo. Dopo 9 mesi la mascella è stata rimossa e sostituita con quella originale, rimossa a causa di un tumore.
Retina dell'occhio, tessuto nervoso del cervello. Sono stati compiuti notevoli progressi, ma è troppo presto per parlare di risultati significativi.
Tipi di tessuto
tessuto epiteliale
Tessuto epiteliale (di copertura)., o epitelio, è uno strato limite di cellule che riveste il tegumento del corpo, le mucose di tutti gli organi interni e le cavità e costituisce anche la base di molte ghiandole.
L'epitelio separa l'organismo (ambiente interno) dall'ambiente esterno, ma allo stesso tempo funge da intermediario nell'interazione dell'organismo con l'ambiente. Le cellule epiteliali sono strettamente collegate tra loro e formano una barriera meccanica che impedisce la penetrazione di microrganismi e sostanze estranee nel corpo. Le cellule del tessuto epiteliale vivono per un breve periodo e vengono rapidamente sostituite da nuove (questo processo è chiamato rigenerazione).
Il tessuto epiteliale è coinvolto anche in molte altre funzioni: secrezione (ghiandole esocrine ed endocrine), assorbimento (epitelio intestinale), scambio gassoso (epitelio polmonare).
La caratteristica principale dell'epitelio è che è costituito da uno strato continuo di cellule strettamente adiacenti. L'epitelio può presentarsi sotto forma di uno strato di cellule che riveste tutte le superfici del corpo e sotto forma di grandi accumuli di cellule - ghiandole: fegato, pancreas, tiroide, ghiandole salivari, ecc. Nel primo caso, si trova su la membrana basale, che separa l'epitelio dal tessuto connettivo sottostante. Tuttavia, ci sono delle eccezioni: le cellule epiteliali nel tessuto linfatico si alternano con elementi del tessuto connettivo; tale epitelio è chiamato atipico.
Le cellule epiteliali, disposte in uno strato, possono trovarsi in più strati (epitelio stratificato) o in uno strato (epitelio a strato singolo). In base all'altezza delle cellule, gli epiteli si dividono in piatti, cubici, prismatici e cilindrici.
Tessuto connettivo
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È costituito da cellule, sostanza intercellulare e fibre di tessuto connettivo. È costituito da ossa, cartilagine, tendini, legamenti, sangue, grasso, è presente in tutti gli organi (tessuto connettivo lasso) sotto forma del cosiddetto stroma (struttura) degli organi.
A differenza del tessuto epiteliale, in tutti i tipi di tessuto connettivo (ad eccezione del tessuto adiposo), la sostanza intercellulare predomina in volume sulle cellule, cioè la sostanza intercellulare è molto ben espressa. La composizione chimica e le proprietà fisiche della sostanza intercellulare sono molto diverse nei diversi tipi di tessuto connettivo. Ad esempio, il sangue: le cellule in esso contenute “galleggiano” e si muovono liberamente, poiché la sostanza intercellulare è ben sviluppata.
Generalmente, tessuto connettivo costituisce quello che viene chiamato l’ambiente interno del corpo. È molto vario ed è rappresentato da vari tipi: dalle forme dense e sciolte al sangue e alla linfa, le cui cellule si trovano nel liquido. Le differenze fondamentali nei tipi di tessuto connettivo sono determinate dai rapporti dei componenti cellulari e dalla natura della sostanza intercellulare.
IN denso Il tessuto connettivo fibroso (tendini muscolari, legamenti articolari) è dominato da strutture fibrose ed è sottoposto a carichi meccanici significativi.
Sciolto il tessuto connettivo fibroso è estremamente comune nel corpo. È molto ricco, invece, di forme cellulari di diverso tipo. Alcuni di essi sono coinvolti nella formazione delle fibre tissutali (fibroblasti), altri, cosa particolarmente importante, forniscono principalmente processi protettivi e regolatori, anche attraverso meccanismi immunitari (macrofagi, linfociti, basofili tissutali, plasmacellule).
Osso
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Osso, che costituisce le ossa dello scheletro, è molto resistente. Mantiene la forma del corpo (costituzione) e protegge gli organi situati nel cranio, nel torace e nelle cavità pelviche e partecipa al metabolismo minerale. Il tessuto è costituito da cellule (osteociti) e sostanza intercellulare in cui si trovano i canali nutritivi con i vasi sanguigni. La sostanza intercellulare contiene fino al 70% di sali minerali (calcio, fosforo e magnesio).
Nel suo sviluppo, il tessuto osseo passa attraverso gli stadi fibroso e lamellare. In varie parti dell'osso è organizzato sotto forma di sostanza ossea compatta o spugnosa.
tessuto cartilagineo
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tessuto cartilagineoè costituito da cellule (condrociti) e sostanza intercellulare (matrice cartilaginea), caratterizzata da una maggiore elasticità. Svolge una funzione di sostegno, poiché costituisce la maggior parte della cartilagine.
Esistono tre tipi di tessuto cartilagineo: ialino, che fa parte della cartilagine della trachea, dei bronchi, delle estremità delle costole e delle superfici articolari delle ossa; elastico, formando il padiglione auricolare e l'epiglottide; fibroso, situato nei dischi intervertebrali e nelle articolazioni delle ossa pubiche.
Il tessuto adiposo
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Il tessuto adiposo simile al tessuto connettivo lasso. Le cellule sono grandi e piene di grasso. Il tessuto adiposo svolge funzioni nutrizionali, modellanti e termoregolatrici. Il tessuto adiposo si divide in due tipologie: bianco e bruno. Nell'uomo predomina il tessuto adiposo bianco, parte di esso circonda gli organi, mantenendo la loro posizione nel corpo umano e altre funzioni. La quantità di tessuto adiposo bruno nell'uomo è piccola (si trova principalmente nei neonati). La funzione principale del tessuto adiposo bruno è la produzione di calore. Il tessuto adiposo bruno mantiene la temperatura corporea degli animali durante il letargo e la temperatura dei neonati.
Muscolo
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Le cellule muscolari sono chiamate fibre muscolari perché sono costantemente allungate in una direzione.
La classificazione del tessuto muscolare viene effettuata sulla base della struttura del tessuto (istologicamente): sulla presenza o assenza di striature trasversali e sulla base del meccanismo di contrazione - volontario (come nel muscolo scheletrico) o involontario (liscio o muscolo cardiaco).
Muscolo ha eccitabilità e capacità di contrarsi attivamente sotto l'influenza del sistema nervoso e di alcune sostanze. Le differenze microscopiche ci permettono di distinguere due tipi di questo tessuto: liscio (non striato) e striato (striato).
Tessuto muscolare liscio ha una struttura cellulare. Forma le membrane muscolari delle pareti degli organi interni (intestino, utero, vescica, ecc.), vasi sanguigni e linfatici; la sua contrazione avviene involontariamente.
Tessuto muscolare striatoè costituito da fibre muscolari, ciascuna delle quali è rappresentata da molte migliaia di cellule, fuse, oltre ai loro nuclei, in un'unica struttura. Forma i muscoli scheletrici. Possiamo accorciarli a piacimento.
Un tipo di tessuto muscolare striato è il muscolo cardiaco, che ha capacità uniche. Durante la vita (circa 70 anni), il muscolo cardiaco si contrae più di 2,5 milioni di volte. Nessun altro tessuto ha un potenziale di resistenza così elevato. Il tessuto muscolare cardiaco ha striature trasversali. Tuttavia, a differenza del muscolo scheletrico, esistono aree speciali in cui le fibre muscolari si incontrano. Grazie a questa struttura la contrazione di una fibra viene trasmessa rapidamente a quelle vicine. Ciò garantisce la contrazione simultanea di ampie aree del muscolo cardiaco.
tessuto nervoso
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tessuto nervosoè costituito da due tipi di cellule: nervose (neuroni) e gliali. Le cellule gliali sono strettamente adiacenti al neurone e svolgono funzioni di supporto, nutritive, secretorie e protettive.
Il neurone è l'unità strutturale e funzionale di base del tessuto nervoso. La sua caratteristica principale è la capacità di generare impulsi nervosi e trasmettere l'eccitazione ad altri neuroni o cellule muscolari e ghiandolari degli organi funzionanti. I neuroni possono essere costituiti da un corpo e da processi. Le cellule nervose sono progettate per condurre gli impulsi nervosi. Dopo aver ricevuto informazioni su una parte della superficie, il neurone le trasmette molto rapidamente a un'altra parte della sua superficie. Poiché i processi di un neurone sono molto lunghi, l'informazione viene trasmessa su lunghe distanze. La maggior parte dei neuroni ha processi di due tipi: corti, spessi, ramificati vicino al corpo - dendriti e lungo (fino a 1,5 m), sottile e ramificato solo all'estremità - assoni. Gli assoni formano fibre nervose.
Un impulso nervoso è un'onda elettrica che viaggia ad alta velocità lungo una fibra nervosa.
A seconda delle funzioni svolte e delle caratteristiche strutturali, tutte le cellule nervose sono divise in tre tipi: sensoriali, motorie (esecutive) e intercalari. Le fibre motorie che corrono come parte dei nervi trasmettono segnali ai muscoli e alle ghiandole, le fibre sensoriali trasmettono informazioni sullo stato degli organi al sistema nervoso centrale.
Ora possiamo combinare tutte le informazioni ricevute in una tabella.
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Tipi di tessuto
| Gruppo di tessuti | Tipi di tessuti | Struttura del tessuto | Posizione | Funzioni |
| Epitelio | Piatto | La superficie delle cellule è liscia. Le cellule sono strettamente adiacenti l'una all'altra | Superficie cutanea, cavità orale, esofago, alveoli, capsule nefronali | Tegumentario, protettivo, escretore (scambi gassosi, escrezione urinaria) |
| Ghiandolare | Le cellule ghiandolari producono secrezioni | Ghiandole della pelle, stomaco, intestino, ghiandole endocrine, ghiandole salivari | Escretore (secrezione di sudore, lacrime), secretorio (formazione di saliva, succhi gastrici e intestinali, ormoni) | |
| Ciliato (ciliato) | È costituito da cellule con numerosi peli (ciglia) | Vie aeree | Protettivo (le ciglia intrappolano e rimuovono le particelle di polvere) | |
| Connettivo | Fibroso denso | Gruppi di cellule fibrose, fitte e prive di sostanza intercellulare | La pelle stessa, i tendini, i legamenti, le membrane dei vasi sanguigni, la cornea dell'occhio | Tegumentario, protettivo, motorio |
| Fibroso sciolto | Cellule fibrose disposte liberamente intrecciate tra loro. La sostanza intercellulare è priva di struttura | Tessuto adiposo sottocutaneo, sacco pericardico, vie del sistema nervoso | Collega la pelle ai muscoli, sostiene gli organi del corpo, riempie gli spazi tra gli organi. Fornisce la termoregolazione del corpo | |
| Cartilagineo | Cellule viventi rotonde o ovali che giacciono in capsule, la sostanza intercellulare è densa, elastica, trasparente | Dischi intervertebrali, cartilagine laringea, trachea, padiglione auricolare, superficie articolare | Levigare le superfici di sfregamento delle ossa. Protezione contro la deformazione delle vie respiratorie e delle orecchie | |
| Osso | Cellule viventi con processi lunghi, interconnesse, sostanza intercellulare: sali inorganici e proteine dell'osseina | Ossa dello scheletro | Di supporto, motorio, protettivo | |
| Sangue e linfa | Il tessuto connettivo liquido è costituito da elementi formati (cellule) e plasma (liquido con sostanze organiche e minerali disciolte in esso - siero e proteine del fibrinogeno) | Sistema circolatorio di tutto il corpo | Trasporta O2 e sostanze nutritive in tutto il corpo. Raccoglie CO 2 e prodotti di dissimilazione. Garantisce la costanza dell'ambiente interno, della composizione chimica e gassosa del corpo. Protettivo (immunità). Normativo (umorale) | |
| Muscolare | A strisce incrociate | Cellule cilindriche multinucleate lunghe fino a 10 cm, striate con strisce trasversali | Muscoli scheletrici, muscolo cardiaco | Movimenti volontari del corpo e delle sue parti, espressioni facciali, linguaggio. Contrazioni involontarie (automatiche) del muscolo cardiaco per spingere il sangue attraverso le camere del cuore. Ha proprietà di eccitabilità e contrattilità |
| Liscio | Cellule mononucleari lunghe fino a 0,5 mm con estremità appuntite | Pareti del tubo digerente, vasi sanguigni e linfatici, muscoli della pelle | Contrazioni involontarie delle pareti degli organi cavi interni. Sollevamento dei peli sulla pelle | |
| Nervoso | Cellule nervose (neuroni) | Corpi delle cellule nervose varia per forma e dimensione, fino a 0,1 mm di diametro | Forma la materia grigia del cervello e del midollo spinale | Maggiore attività nervosa. Comunicazione dell'organismo con l'ambiente esterno. Centri dei riflessi condizionati e incondizionati. Il tessuto nervoso ha proprietà eccitabilità e conduttività |
| I processi brevi dei neuroni sono simili ad alberi dendriti | Connettiti con i processi delle cellule vicine | Trasmettono l'eccitazione da un neurone all'altro, stabilendo una connessione tra tutti gli organi del corpo | ||
| Fibre nervose - assoni(neuriti) – lunghi processi di neuroni lunghi fino a 1,5 m. Gli organi terminano con terminazioni nervose ramificate | Nervi del sistema nervoso periferico che innervano tutti gli organi del corpo | Vie del sistema nervoso. Trasmettono l'eccitazione dalla cellula nervosa alla periferia tramite neuroni centrifughi; dai recettori (organi innervati) - alla cellula nervosa lungo i neuroni centripeti. Gli interneuroni trasmettono l'eccitazione dai neuroni centripeti (sensibili) ai neuroni centrifughi (motori). |
Organi- Queste sono parti del corpo che svolgono determinate funzioni. Hanno una certa forma e posizione.
Struttura.
Di solito un organo è costituito da diversi tipi di tessuti, ma uno di essi può predominare: il tessuto principale delle ghiandole è epiteliale e il tessuto principale dei muscoli è muscolare. Quindi, ad esempio, nel fegato, nei polmoni, nei reni, nelle ghiandole, il principale tessuto “funzionante” è epiteliale, nelle ossa è connettivo, nel cervello è nervoso. Un organo ha una sua forma e posizione unica nel corpo. A seconda delle funzioni svolte, la struttura dell'organo varia.
Gli organi sono uniti anatomicamente e funzionalmente sistemi di organi, cioè in gruppi di organi anatomicamente correlati tra loro, aventi un piano strutturale comune, unità di origine e che svolgono una funzione comune.
Funzione
Nel corpo umano si distinguono i seguenti sistemi di organi: digestivo, tegumentario, respiratorio, urinario, riproduttivo, nervoso, circolatorio, linfatico E immune. Alcuni organi sono uniti secondo un principio funzionale dispositivi. Nell'apparato, gli organi hanno strutture e origini diverse, ma sono uniti dalla loro partecipazione allo svolgimento di una funzione comune, ad esempio l'apparato muscolo-scheletrico ed endocrino.
IN sistema tegumentario comprende la pelle e le mucose che rivestono la cavità orale, le vie respiratorie e gli organi digestivi. Il sistema tegumentario protegge il corpo dall'essiccamento, dagli sbalzi di temperatura, dai danni e dalla penetrazione di sostanze velenose e agenti patogeni nel corpo.
Sistema di sostegno e movimento comprende ossa e muscoli. Le ossa combinate in uno scheletro forniscono supporto a tutte le parti del corpo. Le ossa proteggono gli organi interni e, insieme ai muscoli, forniscono mobilità al corpo.
escretore Il sistema garantisce la rimozione dei prodotti metabolici liquidi dal corpo.
Sistema respiratorioè costituito da una serie di cavità e tubi e garantisce lo scambio di gas tra il sangue e l'ambiente esterno.
Apparato digerente comprende organi che assicurano la digestione del cibo e l'assorbimento dei nutrienti nel sangue.
Funzione sistema riproduttivo– riproduzione. Nei suoi organi si formano cellule germinali e negli organi genitali femminili si verifica inoltre lo sviluppo del feto.
Sistema endocrino comprende una serie di ghiandole endocrine che producono e rilasciano nel sangue sostanze biologicamente attive (ormoni) coinvolte nella regolazione delle funzioni di tutte le cellule e tessuti del corpo.
Sistema circolatorioè costituito dal cuore e dai vasi sanguigni e il sangue che circola in essi garantisce lo scambio di sostanze.
Sistema nervoso unisce tutti i sistemi di cui sopra, regola e coordina le loro attività e attraverso i recettori (organi sensoriali) comunica il corpo con l'ambiente. L'attività mentale è formata dal sistema nervoso. Grazie all'attività dei sistemi nervoso ed endocrino, il corpo funziona come un tutt'uno.
Un organo o un sistema di organi non può funzionare al di fuori del corpo, e il corpo non può funzionare senza nessuno dei suoi sistemi.
Questo è interessante!
Creazione di organi e tessuti artificiali
M.V.Pletnikov
traduzione da English Science, 1995,
vol. 270, N 5234, pp. 230-232.
La creazione di organi e tessuti artificiali è diventata una branca indipendente della scienza circa dieci anni fa. I primi risultati in questa direzione sono la creazione di pelle artificiale e tessuto cartilagineo, i cui campioni sono già sottoposti ai primi studi clinici nei centri di trapianto. Uno degli ultimi risultati è la progettazione di tessuto cartilagineo in grado di rigenerarsi attivamente.
Questo è davvero un enorme successo, poiché il tessuto articolare danneggiato non si rigenera nel corpo. Nelle cliniche statunitensi, ogni anno vengono operati più di 500mila pazienti con danni alla cartilagine articolare, ma tale intervento chirurgico allevia il dolore solo per un breve periodo e migliora il movimento dell'articolazione.
Attualmente si stanno tentando di coltivare fegati in vitro. Ma il fegato è un organo complesso, costituito da diversi tipi di cellule che purificano il sangue dalle tossine, convertono i nutrienti ricevuti dall'esterno in una forma assorbita dal corpo e svolgono una serie di altre funzioni. Creare un fegato artificiale richiede quindi una tecnologia molto più complessa: tutti questi diversi tipi di cellule devono essere posizionati in modo rigorosamente definito, ovvero la base su cui si basano deve essere altamente selettiva.
Tra gli organi e i tessuti attualmente oggetto di intensivi studi per la loro ricostruzione biotecnologica figurano anche il tessuto osseo, i tendini, l'intestino, le valvole cardiache, il midollo osseo e la trachea. Oltre a lavorare sulla creazione di organi e tessuti artificiali del corpo umano, gli scienziati continuano a sviluppare metodi per impiantare cellule produttrici di insulina nel corpo di persone affette da diabete e cellule nervose che sintetizzano il neurotrasmettitore dopamina nel corpo di persone affette da Parkinson. malattia, che salverà i pazienti dalle noiose iniezioni quotidiane.
Ogni cellula del corpo svolge un lavoro specifico e necessita quindi di un flusso costante di ossigeno e sostanze nutritive, oltre alla continua eliminazione dei prodotti di scarto metabolico. L'ossigeno e le sostanze nutritive possono penetrare nella membrana cellulare solo quando sono in uno stato disciolto. Ogni cellula viene lavata da un liquido che contiene tutto il necessario per la sua vita. Questo - fluido tissutale. Le cellule ricevono O2 e sostanze nutritive da esso e in esso vengono rilasciati anidride carbonica e prodotti metabolici di scarto.
Trasparente incolore fluido tissutale riempie gli spazi tra le cellule del corpo. È formato dalla parte liquida del plasma sanguigno, che penetra negli spazi intercellulari attraverso le pareti dei vasi sanguigni, e dai prodotti metabolici provenienti costantemente dalle cellule. Il suo volume in un adulto è di circa 20 litri.
I capillari sanguigni non si avvicinano a ogni cellula, quindi i nutrienti e l'ossigeno dai capillari, secondo le leggi della diffusione, entrano prima nel fluido tissutale e da esso vengono assorbiti dalle cellule. Di conseguenza, la comunicazione tra i capillari e le cellule avviene attraverso il fluido tissutale. Anche l'anidride carbonica, l'acqua e altri prodotti metabolici formati nelle cellule vengono rilasciati prima dalle cellule nel fluido tissutale a causa della differenza di concentrazioni, quindi entrano nei capillari. Il sangue arterioso diventa venoso e trasporta i prodotti di scarto ai reni, ai polmoni e alla pelle, attraverso i quali vengono rimossi dal corpo.
I nutrienti entrano nel corpo attraverso gli organi digestivi e i prodotti di degradazione vengono rimossi da esso attraverso gli organi escretori. La connessione tra questi organi e le cellule del corpo viene effettuata attraverso l'ambiente interno del corpo, costituito da sangue, fluido tissutale e linfa.
1–cellule del sangue, 2–capillari, 3–cellule tissutali, 4–fluido tissutale,
5-inizio dei capillari linfatici
L'ossigeno e i nutrienti entrano nella sostanza intercellulare dal sangue che circola attraverso un sistema chiuso di vasi sanguigni. I vasi sanguigni più piccoli - capillari penetrare in tutti i tessuti del corpo. Attraverso le pareti dei capillari, vari composti chimici e acqua contenuti nel sangue entrano costantemente nello spazio intercellulare e vengono assorbiti i prodotti metabolici secreti dalle cellule.
I capillari linfatici iniziano ciecamente negli spazi intercellulari; in essi entra il fluido tissutale, che diventa linfa nei vasi linfatici. Il colore della linfa è giallo-paglierino. È composto per il 95% da acqua e contiene proteine, sali minerali, grassi, glucosio e linfociti (un tipo di globuli bianchi). La composizione della linfa assomiglia a quella di plasma, ma qui ci sono meno proteine e in diverse parti del corpo ha le sue caratteristiche. Ad esempio, nell'intestino ci sono molte goccioline di grasso, che gli conferiscono un colore biancastro.
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