БЛЕСК МЕДИЦИНЫ КРИСТАЛЛОВ

Интуиция древних

В заблуждениях древних часто бывали парадоксальные вспышки интуиции. Кристаллы, например, наделялись целительной силой. Люди не только украшали себя самоцветами - супруге царя Алексея Михайловича пришлось даже прервать обряд венчания, чтобы снять с себя излишне тяжелый от камней наряд, - но и лечились ими.

Сапфир считался первейшим средством при укусе скорпиона, в истолченном виде принимался от лихорадки. В лечебнике XVIII века говорилось: «Яхонт лазоревый, кто при себе носит, тело умножает и чинит человека быть чистым и добрым, нечистоту с очей и болезни с тела изгоняет». Практика, как известно, не подтвердила эти свойства кристаллов. Однако они вернулись-таки в медицину, в чем-то древние были правы. Хотя и в другом обличье - искусственных монокристаллов, и в другом качестве - детекторов, имплантатов и хирургических инструментов.

Вообразим на минуту, что наш рост настолько уменьшился, что мы смогли войти внутрь кристалла. Что бы мы увидели? Вокруг во все стороны тянутся ровные ряды частиц. Они выстроены симметрично, правильными шеренгами, плоскими сетками, трехмерными решетками. Специалист изнутри мог бы определить вид кристалла. Они отличаются не только химической формулой, но и рисунком решетки и расстоянием между частицами.

Причем этот строгий строй нельзя разрушить, разбив кристалл, а только расплавив, хоть это иногда и не так легко - для сапфира, например, нужно преодолеть температуру в 2100°С.

Естественно, у специалистов появилась идея совершить обратный процесс - слой за слоем вырастить из специально подобранного расплава нужный монокристалл, не полагаясь на капризы природы. Ведь естественные кристаллы недостаточно крупны, часто неоднородны, в них имеются нежелательные включения, да и вообще слишком дороги. Так в начале века были синтезированы первые искусственные рубины. Ученым удалось разработать такие режимы, которые сделали возможным получать в короткие сроки монокристаллы разных видов весом в десятки и сотни килограммов. В результате драгоценные камни лишились своего загадочного ореола.

Но получать большие монокристаллы оказалось не всегда выгодно. Если требуется изготовить изделие определенной, иногда сложной формы, приходится готовый кристалл пилить, точить, шлифовать, полировать и т.д. Подчас в отходы идет большая часть камня. И еще одно обстоятельство. Всем хорош, например, сапфир, но при обработке его качество портится, в приповерхностном слое образуются дефекты структуры.

Сейчас специалисты могут вырастить из расплава готовые изделия - по мерке, на заказ. С помощью особых формообразователей поставлено на поток изготовление изделий для самых различных отраслей науки и техники: труб, лент, колец.

Научились специалисты выращивать и такие типы кристаллов, которые не существуют в природе. Компьютерные программы сделали этот процесс еще более изощренным и точным и тем самым вплотную подвели сапфир к медицине.

Диагностика

Самый крупный в мире монокристалл йодистого натрия весом 500 килограммов выращен из расплава на затравке учеными НТК «Институт монокристаллов». Такие кристаллы необходимы в медицине для диагностики с помощью эмиссионных томографических гамма-камер.

Доза облучения, получаемая пациентом при таком методе обследования, на 1-2 порядка меньше, чем при рентгеновском, а точность диагноза несравнимо выше. Заболевание выявляется на самой ранней стадии, когда еще эффективны различные методы лечения.

Напомню, что в развитых странах 80% средств, выделяемых из разных источников на здравоохранение, идет именно на диагностику.

...Сердце камеры - прямоугольная пластина детектора, изготовленная из таких гигантских монокристаллов. Пациент принимает специально подобранный фармпрепарат, содержащий слабые радиоизотопы, и размещается на лежаке камеры. Большие размеры монокристалла для того и нужны, чтобы нарезать из него много одинаковых пластин, в поле зрения которых поместился бы весь человек целиком. Препарат аккумулируется в пораженных тканях и тем самым как бы сигналит об их местонахождении и протекающих в организме процессах. Монокристаллический детектор обладает способностью регистрировать это ионизирующее излучение. Специальное устройство может просмотреть человеческий организм в целом и каждый орган в отдельности по слоям через каждые полмиллиметра и отыскать буквально «иголку в стоге сена» - микроскопическую опухоль, например, спрятавшуюся среди еще здоровых тканей.

Причем, монокристалл должен быть, что называется, чистой воды с дозированными вкраплениями особого вещества - активатора, равномерно распределенного по всему его объему.

Именно такие «магические кристаллы» способна выращивать созданная учеными концерна автоматизированная установка «Рост», не имеющая аналогов в мире. У истоков создания этой уникальной технологии стояли трое харьковских ученых: Л.Эйдельман, А.Радкевич, В.Горилецкий. (Двое из них, увы, уже живут и работают в США.)

- Чтобы удовлетворить потребность в этом виде диагностики, на каждую тысячу человек необходимо в год проводить 35-40 исследований, для чего на всю Украину нужно примерно 400 томографов, - рассказывает директор отделения щелочно-галоидных кристаллов В.Горилецкий. - Сейчас же в рамках государственной программы «Аппаратура для высокоэффективной медицинской диагностики» изготовлены первые 10 штук. Семь из них государство заберет в счет инновационного кредита, а три НТК сможет реализовать самостоятельно. При уровне рентабельности 30% срок окупаемости затрат составит меньше трех лет. Государственная программа дает возможность объединить уже существующий научный задел, специалистов и производственные мощности для решения сразу нескольких задач. С одной стороны, отечественное здравоохранение получает современное медицинское оборудование, остро необходимое медицине, а с другой - концерн становится крупным экспортером такой наукоемкой продукции, как сцинтилляционные кристаллы, успешно конкурируя с известными фирмами за рубежом. Наши потенциальные возможности производства томографов сдерживаются только возможностями бюджетов Украины и стран СНГ, которым тоже нужна такая диагностическая аппаратура.

Судя по положению дел в концерне, опробованная схема государственной инновационной поддержки может стать действенным способом сохранения и развития научных разработок, которые являются технологическими «бестселлерами» мирового уровня.

Имплантация

Строгий, холодный, безукоризненный, твердый кристалл и живой, теплый, трепетный человеческий организм. Казалось бы, что между ними общего? Оказалось, что есть два фактора, которые дают возможность использовать сапфир как имплантат - заменитель костной ткани.

Как известно, в этом качестве ныне широко используется металл. Однако оказалось, что спустя короткое время после операции титан, например, обнаруживается в лимфатических узлах и легких, кобальт и хром - в почках и позвоночнике. Корродирует в организме даже золото.

Поиск более физиологичных материалов для имплантации привел в 1980 г. медиков харьковского Института ортопедии и травматологии и специалистов Института монокристаллов к сапфиру и рубину. Так впервые были успешно введены в организм сапфировые позвонки. Это было только началом. Затем вместе со специалистами Института усовершенствования врачей был разработан целый набор стоматологических имплантатов, тех самых, которые могут вам поставить сейчас взамен утраченных зубов во многих специализированных кабинетах. Результаты наблюдений так обнадежили, что монокристальщики в содружестве с профессором медицинского университета В.Куцевляком создали набор челюстно-лицевых имплантатов.

Сейчас вместе с Институтом ортопедии и травматологии разрабатываются сапфировые тазобедренные суставы, а с областной клиникой - имплантаты для пластики позвоночника.

Короче говоря, победное шествие сапфира привело к тому, что из 210 костей человеческого организма сейчас этим драгоценным камнем можно заменить уже 50. И эта цифра будет расти и дальше, считают медики.

- Так в чем же секрет сапфира? - спрашиваю я соавтора перечисленных изобретений д.т.н. Л.Литвинова.

- Этот монокристалл прекрасный материал для имплантации, - говорит Леонид Аркадьевич, - он инертен, биосовместим с тканями живого организма и не ухудшает иммунный статус организма. Очень важно, что у сапфира оказалась наилучшая сходимость кристаллографических параметров с костной тканью, где содержатся биологические кристаллы. Хотя структура кости и сложнее, но в грубом приближении их можно сравнивать. По-видимому, существенно, что решетки сапфира и гидроксилапатита костной ткани однотипны и при наложении неживого камня и живой ткани часть их узлов совпадает.

К тому же, хорошо полированные сапфировые поверхности не сращиваются с костными структурами, на них не оседают органические молекулы, поэтому такие поверхности идеальны для суставов. Коэффициент трения и коэффициент износа сапфировых пар приближается к соответствующим значениям для натурального сустава.

- Мы можем ставить сапфировые фрагменты даже детям с врожденной патологией челюсти, - рассказывает кандидат медицинских наук Е.Рябоконь, автор первой диссертации по челюстно-лицевым сапфировым имплантатам. - Кристалл легче металла, и его можно изготовить точно по слепку. Он приживается и нормально функционирует. Когда ребенок подрастет, мы сделаем подсадку для косметического выравнивания лица, и «драгоценный» сустав может верой и правдой служить всю жизнь.

Ученым удалось по слепку вырастить из сапфира всю нижнюю челюсть с минимальной последующей ручной доработкой. Живая костная ткань может вплотную подходить к драгоценному камню, сохраняя нормальное строение.

Благодарные пациенты с «сапфировыми косточками» живут сейчас в Киеве, Харькове, Донецке. НТК «Институт монокристаллов», обладающий мощной производственной базой, мог бы изготавливать их столько, сколько необходимо украинской медицине, но из-за ее бедности вынужден 95% изделий продавать в Европу и только 5% - оставлять Украине.

Инструменты

Идея использовать сапфир в роли режущего инструмента не кажется столь необычной, как в качестве имплантата. Корунд, как известно, второй по твердости материал после алмаза, и из него можно изготовить лезвия скальпеля с режущей кромкой толщиной всего 400-500 ангстрем, что соизмеримо по размерам с самыми тонкими волокнами ткани. Естественно, такой скальпель менее травматичен, чем металлический.

Для разного вида микрохирургических и полостных операций в институте изготавливаются лезвия с различными углами режущих кромок из бесцветного и синего сапфира. Синие считаются среди хирургов предпочтительнее, поскольку они контрастнее выделяются на операционном поле.

Немаловажно, что сапфировые лезвия гораздо дешевле существующих сейчас алмазных. Многие зарубежные покупатели даже используют харьковские сапфировые лезвия в качестве одноразового инструмента. Если вся операция стоит сотни или тысячи долларов, десятью долларами, наверное, можно пренебречь. Тем более что уменьшается опасность инфицирования раны, как и при использовании любых одноразовых инструментов.

Но и это еще не все. Знакомство двух талантливых людей, монокристальщика Л.Литвинова и лазерщика С.Колпакова, привело к остроумной идее объединить полезные качества сапфира и лазера в едином хирургическом инструменте - скальпеле с лазерной подсветкой. Здесь лазерный луч через гибкий световод и лезвие поступает непосредственно в зону резания. Оказалось, что выигрыш не только в терапевтическом действии лазерного излучения непосредственно во время операции, но и в том, что такой сапфиро-лазерный симбиоз дает возможность изнутри подсветить место реза, увидеть «как на ладони» расположение капилляров, нервных волокон и других анатомических образований и, по возможности, обойти их.

Говоря языком специалистов, например, офтальмологов, «высокое качество произведенного разреза позволило добиться лучшей герметизации раны с анатомическим сопоставлением раневых краев». Как известно, хилеры с Филиппин как раз и утверждают, что их манипуляции потому и бескровны, что они обладают способностью анатомически точно отделять больные ткани, минимально повреждая окружающие участки. Пока о хилерах идут споры, харьковский скальпель еще на несколько шагов продвинул медиков к бескровной хирургии будущего. Сапфирово-лазерный скальпель с набором сменных лезвий (вся установка размером с кейс), разработанный совместно НТК «Институт монокристаллов» и фирмой «Лайн», вызвал восхищение зарубежных хирургов. Уже сейчас можно начать производство новинки, потребность в таких скальпелях только в Украине исчисляется десятками тысяч.

* * *

Я выходила из института, очарованная могуществом высоких технологий, представляя себе, как приходит пациент в клинику, его диагностируют на гамма-томографе с детектором из монокристалла, потом кладут на операцию с использованием сапфирового скальпеля с лазерной подсветкой, имплантируют сапфировый сустав, и он, исцеленный и благодарный, идет домой.

Но тут при воспоминании о реалиях нашей медицины возникает сомнение: да сможет ли государство снабдить наши лечебные учреждения этими замечательными кристаллическими новинками? Или нам придется приходить на операцию со своими скальпелем и сапфировой челюстью? Ну ладно, сапфировый скальпель еще можно осилить, как говорят ученые, стоить он будет дешевле 20 гривен, но на томограф придется «сбрасываться» - ведь одна харьковская гамма-установка стоит около 150 тысяч долларов США! А фирма SIEMENS запрашивает за такую же и все 600 тысяч...