Виллем Йохан Кольф – изобретатель искусственных органов
Категория статьи: История диализа.
С.В. Лашутин, апрель 2007, Москва
 | ||
Изобретатель Виллем Кольф [1]. |
Виллем Йохан Кольф родился в Валентинов день (14 февраля) 1911 года в Лейдене, Нидерланды [2-4]. Старший сын в семье врача. Его отец доктор Джап Кольф был директором санатория в Бикбергене к северу от Арнхема.
«Мой отец был директором санатория легочного туберкулеза. В то время не было антибиотиков, туберкулез был ужасной болезнью. Мы вместе гуляли в лесу вокруг санатория, и он рассказывал о проблемах с его пациентами. Конечно от него я унаследовал это чрезвычайное беспокойство о здоровье больных. Я видел его очень счастливым, когда после долгих месяцев лечения его больные уходили домой вылеченными. И видел его плачущим и отчаявшимся, когда больного после долгих бесплодных попыток лечения выписывали домой умирать» [1].
У юного Виллема было много интересов. У него были кролики, голуби, фазаны, овца, гвинейские свинки и так далее. В детстве он так любил животных, что хотел стать директором зоопарка, пока отец не объяснил ему, что в Нидерландах в то время было только три зоопарка и поэтому его шансы стать директором зоопарка крайне малы.
«Когда я был очень маленьким, я не собирался становиться изобретателем, но мне всегда хотелось что-то сделать. В Нидерландах, где я рос, мы посещали школу пять с половиной дней в неделю. В субботу утром я шел в школу, а во второй половине дня субботы мой отец разрешил мне брать уроки у плотника. Я работал с плотником каждую субботу в течение семи лет» [1].
 | ||
Юный Виллем Кольф играет с двумя своими братьями [1]. |
Родители дали Виллему и его четырем младшим братьям возможность получения разностороннего образования. Учась в школе, он получал уроки в плотницких работах, любил чинить и ремонтировать, что очень помогло ему в последующей работе.
«В гимназии, которую в США назвали бы средней школой, было очень трудно. В Нидерландах, где я рос, мы должны были изучить четыре современных языка. Я свободно говорю на четырех современных языках. Мы также должны были потратить шесть лет на латынь и пять лет на греческий. У нас не было факультативных предметов, мы должны были познавать все. За исключением более поздних лет немецкой оккупации, которые были очень ужасны, эти годы в средней школе были, возможно, наиболее трудными в моей жизни. Я был вынужден делать вещи, которые на самом деле не любил делать, но я знал, что это было необходимо. Я старался делать все так, чтобы моя средняя отметка в конце года была хорошей, достаточной для моего перехода в следующий класс» [1].
Трудности обучения в школе, как сейчас стало известно, были связаны не только с особенностями образования в Нидерландах, но и с проблемой в семье Кольфов –дислексией у Виллема и его братьев.
 | ||
Джап Кольф со своей женой Адрианой и их пятью детьми. Юный Виллем сидит крайний справа [1]. |
«В нашей семье есть проблема. Это называется алексия или дислексия. Я могу писать трудные слова, но в то же время я не могу сказать Вам, пишется ли "always" с одним "l" или двумя "l". Это очень сильно меня беспокоило. С одним преподавателем у меня были проблемы, на заключительном экзамене он придрался к моим ошибкам правописания, не обращая внимания на правильно раскрытую суть вопроса. Я люблю читать, но я читаю медленно» [1].
По окончании школы он начал изучать медицину в Лейденском Университете.
«Вы можете считать, что условия, в которых я рос, были привилегированными. Во время учебы в Лейденском Университете, я был членом студенческого клуба, потому что мой отец был также членом этого студенческого клуба. У меня был слуга, который будил меня по утрам и чистил мою обувь. Но на самом деле так было принято в то время.» [1].
 | ||
Виллем и его будущая жена Янка в исторических костюмах на фестивале в Лейдене, 1935 [1]. |
Окончив университет в 1937 году, Виллем Кольф хотел специализироваться по терапии, но не мог найти места ни в Лейденском Университете, ни в других больницах, так как они брали на работу только холостых мужчин, мотивируя это тем, «что доктор должен быть доступен 24 часа в сутки». На последнем курсе Виллем женился на Янке Хуидекопер и поэтому они отправились в Гронингенский Университет на севере Голландии, где не было столь жестких требований к семейному статусу, и где Виллем специализировался в терапевтической клинике под руководством профессора Лео Полака Даниэльса.
«Профессор Даниэльс имел одно, на мой взгляд, очень важное качество. Большинство профессоров хотят, чтобы их студенты делали в точности то, что интересует самих профессоров. Лео Полак Даниэльс был другим. Он предоставлял нам право выбора и если у кого-либо из нас было своё видение проблемы, он вникал в нее и помогал ее решить. Всю свою жизнь я старался следовать его примеру и, где возможно, позволял своим студентам идти их собственным путем. Зная, где мы в конечном счете окажемся, я мог позволить им выбирать тот или иной путь решения проблемы, даже если он был более длинным. И хотя это занимало больше времени, их жизнь становилась намного более интересной, так как они сами выбирали свой путь. В конечном счете мы всегда доберемся туда, куда намереваемся прийти.» [1].
В это время к Кольфу поступил на лечение молодой человек, который перевернул всю его жизнь и оставил след в истории медицины. Ян Бранинг, 22-летний сын фермера, медленно и мучительно умирал от уремии в исходе хронического нефрита: тяжелые головные боли, частая рвота, прогрессирующая слепота. Чувство беспомощности, такое же как ранее у Георга Хааса, заставило Виллема Кольфа задуматься о создании аппарата, который мог бы замещать почечную функцию и спасать от смерти больных уремией [5].
«Итак, я начал думать: "если бы только я мог каждый день удалять столько мочевины, сколько образовывалось в организме этого больного, что приблизительно соответствует 20 граммам, тогда молодой человек мог бы жить." Он умер, но я начал работать над этим.» [1].
 | ||
4 поколения Кольфов: молодой доктор Кольф со своим сыном, его отец и дед [1]. |
Молодой доктор направился в университетскую библиотеку в поисках информации по удалению токсинов из крови и обнаружил статью по гемодиализу у животных, опубликованную Джоном Абелем, фармакологом Университета Джона Хопкинса. Виллем Кольф встретился с профессором биохимии Гронингенского Университета Робертом Бринкманом, который в своей работе использовал целлофановую мембрану для концентрирования плазмы крови [2,5,8]. Кольф узнал о ставшем доступным к тому времени в промышленном масштабе (в качестве упаковки для сосисок) целлофане, как о прекрасном материале для диализа. Он выполнил свой первый эксперимент, взяв 45-см целлофановую трубку и заполнив ее 25 мл раствора мочевины (0,1 г или 1,7 ммоль), погрузив ее в физиологический раствор. Через 15 мин вся мочевина перешла в физиологический раствор. Кольф повторил этот эксперимент с 25 мл крови, добавив в нее 400 мг (6,7 ммоль) мочевины и получил сходные результаты. Расчеты показали, что для удаления 2 г (33 ммоль) мочевины из 500 мл крови потребуется не менее 10 м целлофановой трубки. Было построено несколько аппаратов, которые не удовлетворили Кольфа.
К тому времени у Кольфа с Бринкманом были уже эффективный антикоагулянт гепарин и диализная мембрана из целлофана; их задача состояла в создании аппарата для использования у больных [2]. После долгих экспериментов такой аппарат был создан. Он состоял из вертикального барабана из нержавеющей стали, погруженного в бак с солевым раствором. Кровь пропускалась через целлофановую трубку, спиралью намотанную на барабан. Работа над аппаратом была приостановлена с началом второй мировой войны.
«Многие люди гораздо умнее меня. Поэтому мне приходилось очень много работать, но я очень упорный. Если я не могу достичь цели одним путем, я выбираю другой. Если бы у меня попросили дать совет молодым, которые хотят чего-то достичь, я бы ответил, что сначала следует упростить задачу, которую они хотят решить, и попробовать понять, действительно ли они могут ее решить. Не стоит пробивать головой стену, если в ней не видно хотя бы небольшой дырки. Но если существует хоть какая-то возможность, ее следует обязательно использовать. Если вы не можете идти одним путем, пробуйте иной путь» [1].
Будучи в Гронингене, Виллем Кольф также интересовался переливанием крови. Он был первым, кто внедрил в Нидерландах изобретенное в Англии капельное переливание крови. Ранее переливание крови осуществлялось непосредственно от больного к больному. Сразу же стала очевидной необходимость в сохранении крови. Виллем Кольф ознакомился с материалами о создании банка крови в Чикаго, и когда 10 мая 1940 года гитлеровская армия вторглась в Голландию, он организовал первый банк крови в Европе в Гааге [3,4].
«Так случилось, что когда началась война, я находился в Гааге. Я приехал туда для участия в похоронах дедушки моей жены. В то утро в небе появились немецкие самолеты, которые разбрасывали листовки с призывом к голландцам сдаться, а затем они стали бомбить город. И вместо того, чтобы идти на похороны, я направился в центральную больницу, где уже бывал прежде, и предложил создать банк крови. Они согласились, выделили мне автомобиль с солдатом и выписали мне ордера для закупки всего необходимого. И через четыре дня банк крови был готов.» [1].
 | ||
Муниципальный госпиталь в Кампене, где с 1940 по 1950 работал Виллем Кольф [6]. |
После суицида профессора Полака Даниэльса и его жены (они были евреями), профессор медицины Кольф и его жена, опасаясь преследований со стороны нацистов, вынуждены были покинуть Гронинген и переехать в небольшой городок Кампен, где он устроился на работу в местной больнице, и продолжил работу над аппаратом искусственная почка. Кроме того, за время войны Виллем Кольф спас от нацистов более 800 человек.
«… я должен был искать место, и я нашел место терапевта в Кампене. Это была небольшая больница. Ко мне очень хорошо относились. За первый год я заработал королевскую сумму 10000 гульденов. Разделите это на два с половиной, и Вы получите сумму в долларах. Я сказал: "Теперь я могу позволить себе делать искусственную почку."» [1].
 | ||
Виллем Кольф и его жена Янка в Кампене, Нидерланды, 1941 [1]. |
Вместе с директором Кампенской эмалевой фабрики инженером Хендриком Берком они в течение 1942-1943 сконструировали «диализатор с большой площадью поверхности мембраны» [5]. Аппарат состоял из вращающегося цилиндрического алюминиевого барабана. Так как алюминий во время войны стал недоступен, позже барабан стали делать из деревянных планок.
Мембрана была представлена целлофановой трубкой длиной 30 м и диаметром 25 мм с площадью поверхности приблизительно 2 м2 (как и площадь мембраны клубочков) [6]. Трубка наматывалась на алюминиевый барабан приблизительно 0,4 м в диаметре и 0,9 м в длину, который при помощи электромотора вращался со скоростью 30-60 оборотов в минуту, погруженный в емкость с диализирующим раствором, объем которого первоначально составлял 70 л, температура 37-39ºС. Позже объем был увеличен до 100 л для облегчения расчета концентраций. После использования контур со стороны пациента заполняли гидроксиквинолин сульфатом, который перед использованием аппарата вытесняли физиологическим раствором.
 | ||
Королевская больница в Глазго. За период 1959-1970 диализ выполнен 251 больному с ОПН. Выживаемость 56%. |
Для предупреждения тромбирования 400 мг (52 000 ед) гепарина вводили больному в/в и такую же дозу добавляли в экстракорпоральный контур пациента. Во время процедуры каждые полчаса вводили 100 мг (13 000 ед) гепарина [6]. Первая процедура заключалась в удалении небольшой порции крови, которая диализировалась и возвращалась через ту же венозную канюлю.
Система соединения магистралей с целлофановыми трубками на вращающемся барабане была скопирована по словам Кольфа с водного насоса автомобиля Форд [5]. Нижняя часть аппарата представляла собой резервуар, содержащий 70 л (позже 100 л) диализирующего раствора. Берк предложил вращать барабан в горизонтальной, а не вертикальной плоскости, что давало возможность таким образом проталкивать кровь по целлофановым трубкам и делая ненужным насос по крови. К тому времени стал доступен очищенный гепарин, что позволило Кольфу в феврале 1943 года диализировать кровь пожилого больного Густава Бэле с терминальной уремией на фоне гипертрофии предстательной железы. В бюретку забирали 50 мл крови и пропускали ее через аппарат искусственная почка, а затем возвращали через ту же иглу. Учитывая нормальную переносимость процедуры, она была повторена несколько раз с увеличением объема крови. Клинического эффекта достигнуто не было, больной умер после процедуры.
| Таблица. Состав диализата, используемого у второй пациентки Кольфа в 1943 году, и используемого Jones в 1963 году [11] (ммоль/л). | |||||
|
| Кольф и соавт., 1943 | Jones 1963 | |||
| 1 | 2,3,4 | 5,6 | 7-12 | ||
| Na | 141 | 141 | 138 | 119 | 125 |
| K | 2,4 | 0 | 5 | 0 | 2 |
| Cl | 113,4 | 111 | 102 | 119 | 100 |
| HCO3 | 30 | 30 | 40 | 0 | 25 |
| H2PO4 | 0 | 0 | 1 | 0 | – |
| Глюкоза | 0 | 0 | 0 | 83 | 10 |
| Ca | – | – | – | – | 1,5 |
| Mg | – | – | – | – | 0,8 |
| Осмолярность | мосм/л | 287 | 282 | 286 | |
Следующей пациенткой была Дженни Шривер, 29 летняя домохозяйка со злокачественной гипертонией и хронической уремией [5,6]. При поступлении в Кампенскую больницу 16 марта 1943 года были выявлены огромные размеры сердца, ритм галопа, крепитация в легких, эпистаксис, анемии, уремическое дыхание. Мочевина крови была 27 ммоль/л. АД составило 245/150 мм рт.ст. После обследования начали лечение диализом, всего было проведено 12 процедур. В таблице представлен состав диализата, в качестве которого использовали солевой раствор Дарроу (хлорид натрия, бикарбонат натрия, хлорид калия) [12]. Сначала выполняли фракционный диализ, начав с диализа 50 мл крови. В первый день суммарно диализировали 0,5 л крови, в последующие дни – 1,5; 3,5; 4,5 и 5,5 л. Было выполнено 6 фракционных диализов и после каждой процедуры состояние больной заметно улучшалось. Начиная с 7-ой процедуры перешли на постоянный диализ, забирая кровь из бедренной артерии, пропуская ее через аппарат и возвращая очищенную кровь в периферическую вену. В диализирующий раствор стали добавлять глюкозу для предупреждения развития энцефалопатии в результате патологического градиента через гематоэнцефалический барьер. Наибольшее падение мочевины крови (от 54 до 39 ммоль/л) наблюдалось во время процедур 9 и 10, когда диализируемые объемы составили 20 и 18 л соответственно. Проблемы с доступом нарастали и к 11-12 процедурам дальнейшие артериотомии и венесекции стали невозможны и диализ был прекращен. Больная умерла на 26 день лечения.
 | ||
Первые диализные аппараты с де- ревянными планками, построенные в Кампене. Сентябрь 1944 года [1]. |
В период между 17 марта 1943 года и 27 июля 1944 года было пролечено 15 пациентов [5,7]. Выжил только один, мужчина с лобарной пневмонией, леченной сульфаниламидными препаратами, у которого развилась анурия (обычное осложнение лечения сульфаниламидами в те дни). Ему проведена одна процедура гемодиализа, при которой концентрация мочевины крови снизилась с 220 до 102 мг% (с 37 до 17 ммоль/л). На следующий день блок мочеточников кристаллами сульфаниламидов был устранен, и функция почек нормализовалась. Кольф позже писал: «Я не думаю, что жизнь этого больного была сохранена благодаря искусственной почке, он выжил бы и без диализа после устранения блока мочеточников…» [5].
И только 11 сентября 1945 Виллем Кольф смог продемонстрировать, что его устройство можно было эффективно использовать для лечения больных с ОПН и сохранять им жизнь. Больная № 17, Мария София Шафстадт, 67 лет, поступила ургентно в Кампенскую больницу 3 сентября 1945 года в связи с острым холециститом, осложненным ОПН с анурией, предположительно вызванным терапией сульфаниламидами. Ее состояние прогрессивно ухудшалось, мочевина нарастала от 200 до 400 мг% (33-67 ммоль/л), развилась почечная кома и больная оказалась в «почечной комнате» Кольфа. Диализ продолжался 11 часов и привел к заметному улучшению. Пациентка вышла из комы, в течение недели восстановился диурез и через некоторое время восстановилась функция ее почек. Это была первая больная, жизнь которой удалось сохранить в результате применения искусственной почки. Благодаря Кольфу она прожила более 7 лет и умерла в возрасте 73 лет от другой патологии.
 | ||
Виллем и Янка Кольф со своими пятью детьми [1]. |
Главной целью Кольфа в то время было восстановление функции почек. Он и не подозревал, что его изобретение станет жизнесохраняющим и позволит поддерживать жизнь многим больным долгие годы. Кольф опубликовал свою классическую работу «Новые пути лечения уремии» (New ways of treating uremia) в 1946, где подробно описал свой метод лечения. И до сих пор мы пользуемся принципами, которые детально изложены в этой книге, ставшей первым руководством по лечению больных диализом [7].
В последующем Кольф и Берк сделали несколько дополнительных машин, которые были посланы в Лондон, Монреаль, Нью-Йорк и Краков. В 1948 году вместе с Карлом Уолтером и Эдвардом Олсоном в больнице Питера Бригема в Бостоне была создана новая искусственная почка. Модифицированная почка Кольфа-Бригема стала устройством, которое долгие годы использовалось для обучения многих почечных команд [7].
 | ||
Виллем Кольф и Вильям ДеВрие представляют искусственное сердце на пресс-конференции [1]. |
В возрасте 39 лет Виллем Кольф эмигрировал в 1950 году со своей женой и пятью детьми в США, где продолжил работу в области биоинженерии [3].
«Я мог быть изобретателем, но в первую очередь я - врач. В течение многих лет я был доступен днем и ночью. Это могло быть и на Рождество. В таких случаях моя жена всегда спокойно относилась к тому, что меня вызывали к больному. Но она настаивала, чтобы по крайней мере, субботу и воскресенье я проводил в кругу семьи. И я это делал, пока наши дети были маленькими. У нас пятеро детей. … Моя жена – куратор малакологии в Музее Естествознания. Малакология – наука о морских раковинах. Она собрала самую лучшую и большую научную коллекцию между Западным Побережьем и Чикаго. В течение многих лет я принимал приглашения только в те города, которые находились около моря, чтобы мы могли собирать морские раковины» [1].
 | ||
Виллем Кольф гуляет со своей собакой Дианой [1]. |
В Кливлендской клинике вместе с Тетсузо Акутзу они разработали прототип искусственного сердца. В 1967 году Виллем Кольф стал главой отделения искусственных органов университета в Юте и Института биомедицинской инженерии. Уже позже профессор хирургии и биоинженерии Университета штата Юта Виллем Кольф сформировал команду, которая включала врача изобретателя Роберта Джарвика и хирурга Вильяма ДеВрие. Через 15 лет ислледований и экспериментов ДеВрие имплантировал одно из Джарвиковских сердец Барни Кларку, который прожил 112 дней. Кольф также внес определенную лепту в разработки искусственного уха, глаза и руки.
«Много людей с искусственными руками – ветераны, но в течение длительного времени Администрация Ветеранов не хотела потратить достаточного количества денег, чтобы обеспечить этих людей приличными руками. Наша искусственная рука настолько хороша, что она может очистить апельсин, и столь сильна, что может расколоть орех. Она может двигаться очень быстро…» [1].
 | ||
Виллем Кольф – пионер искусственных органов [1]. |
Кольфа считают отцом искусственных органов и одним из наиболее ярких врачей двадцатого столетия. Соавтор свыше 600 статей, первый президент Американского общества Искусственных внутренних органов. Он стал почетным доктором 12 университетов мира, получил более 120 международных премий, включая премию Альберта Ласкера за клинические исследования в медицине в 2002 году. Как минимум 4 раза он был номинирован на Нобелевскую премию. [3,4].
«Самое главное для меня не слова людей о моих изобретениях, а возможность видеть, что обреченный на смерть жив и счастлив. Три дня назад я получил письмо от женщины, которую никогда не видел. Она написала мне: "Доктор Кольф, я получаю лечение диализом в течение 18 лет. На фото Вы видите меня с моим первым внуком. Я живу очень насыщенной жизнью, и очень благодарна Вам." Это - награда. И это, конечно, также поддерживает меня, позволяя не обращать слишком много внимания на слова противников того, что я делаю» [1].
Литература
- Academy of Achievement. Willem Kolff Interview. Pioneer of Artificial Organs. November 15, 1991. Salt Lake City, Utah. http://www.achievement.org/autodoc/printmember/kol0int-1
- Dialysing for Life. The Development of the Artificial Kidney. By Jacob van Noordwijk. Kluwer Academic Publishers, 2001.
- Vladimir K. Zworykin Award. Willem J. Kolff. http://www.ifmbe.org/awards/Willem%20Kolff.pdf
- Willem Johan Kolff – Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Willem_Kolff
- W. Drukker. Haemodialysis: a historical review. In: Peplacement of renal function by dialysis: a textbook of dialysis. / edited byJohn F. Maher. – 3rd ed., updated and enl. Kluwer Academic Publishers 1989.
- J Gordon, J van Noordwijk, E Sherwood Jones. The first successful haemodialysis. J R Soc Med 2000,93:266-268.
- Patrick T. McBride. The Development of hemodialysis and peritoneal dialysis. // Clinical dialysis // Allen R. Nissenson, Richard N. Fine, Dominick E. Gentile [editors]. – 3rd ed. Appleton & Lange 1995. Pp.1-25.
- History of the treatment of renal failure by dialysis. / J. Stewart Cameron. Oxford University Press, 2002.
- Paul Heiney. The Nuts and Bolts of Life: Willem Kollf and the Invention of the Kidney Machine. Sutton Publishing, 2003.
- Home Dialysis Central: Virtual Dialysis Museum http://www.homedialysis.org/v1/equipment/museum.shtml
- Jones ES. Haemodialysis. In: Jones ES, ed. Essential Intensive Care. Lancaster; MTP, 1978, 449.
- Kolff WJ, van Noordwijk J, Kop PSM, de Leeuw NKM, Joekes AM. In: Kolff WJ, ed. New Ways of Treating Uraemia. London, Churchill, 1947,32.
— Гарри Мясковский 83 года 5.07.10 #
Ознакомился со статьёй. Считаю, что WILLEM JOHAN KOLFF вполне заслуживает Нобелевской премии.
Пациент гемодиализа Более года. КТН, радиоинженер,Г. Милуоки США,Wiskonsin.
— Стецюк Евгений Александрович 7.07.10 #
А у меня есть фото, где Кольф занимется политикой. Держит плакат с протестом против ядерных испытания в нашем Отечестве.
— Алексей 13.07.10 #
К сожалению, хотя Кольф несколько раз был номинирован на Нобелевскую премию, политизированный и политкорректный комитет всякий раз отдавал премию кому-то другому. Так Кольф и ушел без премии. Но это факт не из его биографии, это факт из биографий членов комитета, пигмеев, не давших премию Великому Кольфу.
— Стецюк 12.08.10 #
Кольф велик.
Но гемодиализ всё же пришел из США от Скрибнера и его команды. Мы до сих пор пользуемся идеями Сиэттла.