Рождение биомеханики. В 1940-х годах шведский ортопед К.Хирш впервые начал применять специальные приборы и датчики для измерения физических характеристик опорно-двигательного аппарата человека. Работы Хирша и его учеников легли в основу биомеханики - одной из главных областей биомедицинской инженерии.

Результаты проведенных Хиршем экспериментов имели колоссальное значение. В частности, оказалось, что силы, действующие на бедренный сустав в поперечном направлении, примерно одинаковы независимо от того, поднимает ли человек ногу, чтобы перевернуться в постели, или ходит. Поэтому сегодня пожилым людям с переломом шейки бедра после установки фиксатора перелома (гвоздя) разрешены прогулки. А ведь совсем недавно они были обречены на длительный постельный режим, который часто приводил к пневмонии, тромбозу и другим осложнениям со смертельным исходом.

Полученные Хиршем данные позволили подобрать более прочные материалы для искусственных суставов, разработать элементы более долговечных протезов, а также специальные гвозди для бедренных фиксаторов, которые позволяют больному еще при срастании перелома шейки бедра полностью опираться на больную ногу. Кроме того, эти данные помогают врачу научить больного, как лучше пользоваться костылями или тростью.

Разработка приемной полости протеза. После Второй мировой войны группа ученых из Калифорнии параллельно с Хиршем искала пути улучшения протезов для солдат, перенесших ампутацию ног. С помощью киносъемки и анализа движений ученые смогли предсказать, какие нагрузки и какое давление со стороны протеза может испытывать культя. Именно эти методы и помогли им в конце концов разработать улучшенную конструкцию приемной полости протеза, которая находится в постоянном контакте с культей. Новый тип протеза удобен и носится много часов подряд, не причиняя вреда коже.

Протезы тазобедренного и коленного суставов. В 1963 английский врач Дж.Чарнли создал полный протез тазобедренного сустава и шейки бедра с чашеобразной приемной полостью в области таза и металлическим шаром и стержнем, заменяющими верхнюю часть бедренной кости. Однако трение между частями протеза препятствовало нормальной ходьбе. Чарнли определил, что для решения проблемы нужно выполнить два условия: элементы протеза должны прочно фиксироваться в костях больного, а трение между рабочими частями протеза должно быть очень мало. Он добился успеха, применив новый цементирующий материал - метилметакрилат, который и до сих пор используется как стандартный костный цемент. Чуть позже Ф.Ганстон, опираясь на работу Чарнли, сконструировал протез коленного сустава. В настоящее время протезы тазобедренного и коленного суставов служат по 10-15 лет.

Искусственное сердце. Аппараты типа "искусственное сердце" уже вошли в медицинскую практику, хотя пока они еще не могут полностью заменить настоящее сердце. Для того чтобы искусственное сердце могло быть использовано в качестве постоянно работающего аппарата, оно должно: 1) иметь небольшие размеры; 2) обеспечивать достаточный выброс крови; 3) регулировать выброс в зависимости от нужд организма; 4) легко подвергаться стерилизации; 5) изготовляться из долговечных материалов; 6) прокачивать кровь без резких толчков, чтобы избежать разрушения эритроцитов (гемолиза). Пока ученые разработали лишь устройства, заменяющие две нижних камеры сердца (желудочки). При имплантации их соединяют с двумя верхними камерами (предсердиями), предварительно удалив заменяемые желудочки.

Первую имплантацию искусственного сердца человеку произвел в 1969 Д.Кули в США. Аппарат работал 64 ч, пока не было найдено человеческое сердце для пересадки. Долговременная имплантация искусственного сердца была впервые выполнена 2 декабря 1982 хирургами Медицинского центра при Университете Юты, США. Использовался аппарат Джарвик-7, названный так в честь его изобретателя Р.Джарвика. Этот аппарат был изготовлен из формованного полиуретана, укрепленного на алюминиевой рамке, причем в основании каждой камеры была растягивающаяся резиновая мембрана. Обе мембраны соединялись с внешним насосом двумя шлангами, проходящими через брюшную полость больного. Насос подавал сжатый воздух, под давлением которого резиновые мембраны выталкивали кровь через искусственные клапаны в кровеносную систему. Больной, которому была произведена имплантация, Барни Кларк, прожил 112 дней; за это время искусственное сердце совершило 13 млн. ударов. Вероятно, в будущем в искусственное сердце будет встраиваться электрический насос, питающийся от закрепленного на поясе аккумулятора. См. также СЕРДЦЕ
.

русский ежемесячный исторический научно-популярный журнал. Издавался в Петербурге (1880-1917) А. С. Сувориным, затем Б. Б. Глинским. Редакторы: С. Н. Шубинский (1880-1913), Б. Б. Глинский (1913-17). В 1880 было 2,4 тыс. подписчиков, в 1913 - 12 тыс. Вышло 147 тт. "И. в." носил консервативно-монархический характер (особенно после Революции 1905-07 и в 1-ю мировую войну 1914-18). Публиковал статьи по отечественной истории, истории русской литературы, географии и этнографии России; переводные романы, мемуары и дневники. Богато иллюстрирован.

Лит.: Городецкий Б. М. (сост.), Систематический указатель содержания "Исторического вестника" за 25 лет. (1880-1904), СПБ. 1908; Рудаков В. Е., Мартемьянов Т. А., Систематический указатель содержания "Исторического вестника" за семь лет. 1905-1911, П., 1915.

или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала - основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть.

Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.

Перенос плазмид у бактерий. Большая часть работ по переносу участков ДНК, или генов, проводилась до последнего времени на бактериях. У бактерий генетическая информация заключена в одной большой молекуле ДНК - хромосоме бактерии. Поскольку бактерии размножаются бесполым путем, эта генетическая информация на протяжении многих поколений остается в значительной степени неизменной. В бактериальной клетке имеются, помимо главной ее хромосомы, еще и небольшие кольцевые сегменты ДНК. Эти молекулы ДНК, т.н. плазмиды, часто несут в себе гены, ответственные за устойчивость к антибиотикам.

Плазмиды можно извлечь из одной клетки и перенести в другую. Такие работы проводятся, например, на Esсherichia coli (кишечной палочке), безвредной бактерии, обитающей в желудочно-кишечном тракте человека. Некоторые из клеток E. coli содержат плазмиду с генами устойчивости к антибиотику тетрациклину. Такие плазмиды - их называют факторами устойчивости - легко отделить от главной хромосомной ДНК. Неустойчивые к тетрациклину (разрушаемые им) бактерии можно заставить включить в себя эти плазмиды, подвергнув клетки соответствующей химической обработке, которая сделает оболочку проницаемой для чужих плазмид. Клетки, получившие таким способом фактор устойчивости, выживают на культуральной среде, содержащей тетрациклин, тогда как неустойчивые клетки погибают. Из каждой клетки - в результате многократных делений - возникает клон, т.е. собрание точных копий одной-единственной клетки, полученных путем бесполого размножения. Плазмида воспроизводится в каждой клетке клона, и ее воспроизведение называют молекулярным клонированием.

Соединение разных плазмид. Плазмиды можно разрезать, фрагменты сращивать друг с другом, а затем такие комбинированные плазмиды вводить в клетки. Можно соединять фрагменты ДНК одного и того же вида или же разных видов.

Поскольку плазмидная ДНК представляет собой замкнутую кольцевую молекулу, кольцо нужно сперва разорвать таким образом, чтобы свободные концы были в химическом отношении реакционноспособными, пригодными для последующего соединения. Достичь этого удается либо простым механическим путем (например, сильным встряхиванием), либо с помощью различных ферментов, называемых нуклеазами (рестриктазами). Затем фрагменты ДНК соединяют с помощью лигаз - ферментов, исправляющих повреждения в ДНК и сшивающих концы ее разорванных нитей. Именно таким путем плазмиды из штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину, и плазмиды из штамма, устойчивого к другому антибиотику, каномицину, можно соединить и получить штамм E. coli, устойчивый к обоим антибиотикам.

Эксперименты с двумя видами. Плазмиды другого вида бактерий, например Staphylococcus aureus (золотистого стафилококка), сами по себе не способны размножаться в клетках E. coli. Однако в них могут размножаться гибридные плазмиды, составленные искусственным путем из куска плазмиды S. aureus и фрагмента плазмиды E. coli. Был проведен эксперимент, в котором соединили плазмиды S. aureus, устойчивого к пенициллину, и плазмиды штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину. Когда затем гибридные плазмиды были введены в клетки E. coli, полученный штамм оказался устойчивым и к пенициллину, и к тетрациклину. Этот эксперимент, в котором был осуществлен перенос генетической информации между неродственными организмами, позволил предположить, что в клетки бактерии можно вводить молекулы ДНК и высших организмов и что они будут в этих клетках реплицироваться (копироваться).

Перенос генов животных. Из генов животных первыми были введены в бактерию гены шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Эти гены хорошо изучены и легко поддаются идентификации. Их ввели в клетки штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину, и они здесь реплицировались. У полученных клонов состав ДНК соединял в себе характеристики X. laevis и E. coli.

В настоящее время научились уже переносить гены от одного животного к другому и от животного к растениям. Получены "трансгенные" мыши, свиньи, овцы, коровы и рыбы. ДНК можно прямо инъецировать в оплодотворенное яйцо вида-реципиента, или можно использовать в качестве переносчика вирус, который, проникнув в клетку, внесет с собой и нужный ген. Третий метод связан с использованием неспециализированных стволовых (т.е. родоначальных) клеток эмбриона. Гены вводят в стволовые клетки путем инъекции или с помощью вируса, и полученные в результате трансгенные клетки инъецируют другому зародышу, который включает эти чужие клетки в свои ткани. Гены человека вводили и в растения, например в табак, в надежде получить таким способом большие количества нужных белков, в частности антител и ферментов. В этих экспериментах перенос генов оказался довольно простым делом. Была придумана специальная "генная пушка", выстреливающая ДНК прямо в листья растений.

Практическое применение. Теперь умеют уже синтезировать гены, и с помощью таких синтезированных генов, введенных в бактерии, получают ряд веществ, в частности гормоны и интерферон. Их производство составило важную отрасль биотехнологии.

Интерферон - белок, синтезируемый организмом в ответ на вирусную инфекцию, изучают сейчас как возможное средство лечения рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое дает всего один литр бактериальной культуры. Ясно, что выигрыш от массового производства этого вещества очень велик. Очень важную роль играет также получаемый на основе микробиологического синтеза инсулин, необходимый для лечения диабета. Методами генной инженерии удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для проверки их эффективности против вызывающего СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). С помощью рекомбинантной ДНК получают в достаточных количествах и человеческий гормон роста, единственное средство лечения редкой детской болезни - гипофизарной карликовости.

Еще одно перспективное направление в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, - т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная по методу генной инженерии копия гена, кодирующего мощный противоопухолевый фермент. Генную терапию начали применять также для борьбы с наследственными нарушениями в иммунной системе.

В сельском хозяйстве удалось генетически изменить десятки продовольственных и кормовых культур. В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока; с помощью генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса у свиней.

Общественное мнение. Несмотря на явную пользу от генетических исследований и экспериментов, само понятие "генная инженерия" породило различные подозрения и страхи, стало предметом озабоченности и даже политических споров. Многие опасаются, например, что какой-нибудь вирус, вызывающий рак у человека, будет введен в бактерию, обычно живущую в теле или на коже человека, и тогда эта бактерия будет вызывать рак. Возможно также, что плазмиду, несущую ген устойчивости к лекарственным препаратам, введут в пневмококк, в результате чего пневмококк станет устойчивым к антибиотикам и пневмония не будет поддаваться лечению. Такого рода опасности, несомненно, существуют.

Генетические исследования ведутся серьезными и ответственными учеными, а методы, позволяющие свести к минимуму возможность случайного распространения потенциально опасных микробов, все время совершенствуются. Оценивая возможные опасности, которые эти исследования в себе таят, следует сопоставлять их с подлинными трагедиями, вызванными недоеданием и болезнями, губящими и калечащими людей. См. также НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ; НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ; МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

см. Генная инженерия.