«Той бесконечной ночью, когда я беспомощно наблюдал, как пациентка борется за жизнь, ее кровь все больше темнеет, а вены все больше раздуваются, ко мне сама собой пришла эта идея. Если бы мы могли непрерывно забирать часть синей крови из раздутых вен пациентки, добавлять в эту кровь кислород и выпускать из нее углекислый газ, а затем так же непрерывно вводить ставшую теперь красной кровь обратно в артерии пациентки, то, возможно, мы смогли бы спасти ей жизнь».
Это, собственно, и есть краткое описание принципа работы современного аппарата искусственного кровообращения — устройства, которое забирает кровь из человеческого тела, заменяет содержащийся в ней углекислый газ на кислород, а затем закачивает ее обратно в тело, временно беря на себя функции сердца и легких пациента. Первые разработанные Гиббоном аппараты предназначались прежде всего для экстренных операций по спасению пациентов с эмболией легочной артерии — он не сразу понял, что их можно также использовать и в кардиохирургии.
Когда два года спустя Гиббон начал заниматься разработкой своего аппарата, его мало кто поддержал. Доктор Черчилль отнесся к этой идее без особого энтузиазма, однако, пусть и нехотя, но разрешил ему продолжать свою работу. А вот остальные коллеги и вовсе приняли его затею в штыки: они были убеждены, что у него ничего не выйдет и он лишь впустую растратит и без того ограниченные ресурсы их отделения. Единственным, кто оказывал Гиббону всестороннюю поддержку, была его ассистентка Мэри (известная как Мэли), талантливый лаборант, а по совместительству — его жена. Ее знания, кругозор и тщательность при проведении экспериментов внесли незаменимый вклад в его усердную работу последующих лет.
Гиббону были необходимы два устройства: искусственное легкое для насыщения крови кислородом и насос, чтобы перекачивать кровь через аппарат и пускать ее по организму пациента. За этим с виду простым описанием скрывался целый лабиринт сложных инженерных задач. Первая заключалась в том, чтобы воссоздать функционал человеческого легкого, благодаря которому эритроциты обменивают отработанный углекислый газ на кислород. Легкие невероятно эффективно справляются с газовым обменом благодаря разветвленной сети крошечных воздушных карманов — альвеол, из-за которых площадь внутренней поверхности одного легкого достигает пятидесяти квадратных метров, а это больше, чем площадь средней однокомнатной квартиры. Искусственный оксигенатор должен был каким-то образом добиться такой же эффективности, но при этом не быть чересчур громоздким. Кроме того, возникала проблема воздушной эмболии — попадания в кровоток пузырьков газа. В искусственном легком на кровь должен был воздействовать чистый кислород, и даже один пузырек нерастворенного газа, попавший в организм, мог очутиться в кровеносном сосуде мозга или сердечной мышце и вызвать необратимые повреждения. С насосом возникала еще одна проблема: эритроциты — довольно хрупкие клетки, представляющие собой микроскопические пакетики из тончайшей мембранной оболочки с жидкостью внутри. При грубом обращении с ними они могут легко лопнуть — такое явление носит название гемолиз. Разработка устройства, которое максимально осторожно обращалось бы с эритроцитами и одновременно обладало бы достаточной мощностью, чтобы прогонять кровь, достигая каждой конечности человеческого тела, была задачей грандиозной. Наконец, Гиббону нужно было еще найти способ не дать крови свернуться, как она это обычно делает, вступая в контакт с воздухом.
Уединившись в библиотеке, чтобы найти полезную информацию на интересующую его тему, Гиббон обнаружил, что по многим актуальным для него вопросам уже были проведены исследования предыдущими поколениями ученых. Еще в 1666 году ученый-натуралист Роберт Хук выдвинул предположение о возможности насыщения крови кислородом за пределами человеческого тела. В серии экспериментов на собаках Хук с помощью мехов прокачивал им через легкие воздух. Он обнаружил, что чтобы поддерживать в животных жизнь, недостаточно просто нагнетать и выпускать воздух из их легких: его нужно было постоянно обновлять. В своем докладе, прочитанном перед Королевским обществом, Хук задавался вопросом, достаточно ли для поддержания жизни обеспечивать крови контакт с кислородом в некоем контейнере снаружи человеческого тела. Он даже предложил эксперимент для проверки данной гипотезы, но, судя по всему, так его и не провел.
Современник Хука Ричард Лоуэр — первый человек, осмелившийся провести переливание крови, — также занимался изучением механизма дыхания. Очень скрупулезно проводя эксперимент за экспериментом, он наглядно объяснил, что перед попаданием в легкие у крови темный окрас, а на выходе из них она уже ярко-красная. Это опровергало популярную тогда теорию, согласно которой изменение цвета крови происходило вследствие того, что она нагревалась сердцем. Лоуэр не сомневался, что кровь меняла свой окрас в результате взаимодействия с кислородом и продемонстрировал, что все это можно сделать и за пределами организма, энергично взбалтывая в лотке темную венозную кровь до тех пор, пока к ней не вернулся алый цвет.
Никто, однако, вплоть до девятнадцатого века не задумывался о возможности практического применения этого открытия. Французский физиолог Жульен Жан Цезарь Легаллуа интересовался, какие изменения происходят в организме после смерти. В 1812 году он стал обдумывать возможность реанимации мертвых животных. Он предположил, что если заменить работу сердца непрерывным введением в организм артериальной крови, «будь то настоящей или искусственно созданной», то можно поддерживать жизнь бесконечно, а то и вовсе осуществить «полное воскрешение» трупа. Он даже решил, что благодаря искусственному кровообращению можно поддерживать жизнь в отрубленной голове, хотя его эксперименты на кроликах не увенчались успехом, поскольку кровь сворачивалась.
Проблема свертывания крови была частично решена в 1821 году, когда два других исследователя из Франции, Прево и Дюма, продемонстрировали, что при взбивании крови венчиком из нее исчезает фибрин, способствующий образованию тромбов белок. В 1850-х годах Шарль Броун-Секар продолжил работу Легаллуа, добившись куда большего успеха. Он взбивал кровь, чтобы насытить ее кислородом, после чего вводил в отрубленную голову собаки: глаза и морда животного начинали шевелиться, и Броун-Секар заключил, что вернул животное к жизни, пускай и ненадолго. Самый известный (и одновременно зловещий) его эксперимент был проведен 18 июня 1851 года в Париже, когда медик пришел на казнь одного преступника. Гильотина была опущена в восемь утра. Броун-Секар просидел рядом с обезглавленным телом весь оставшийся день, ожидая, пока оно остынет. К девяти вечера наступило трупное окоченение, и Броун-Секар приступил к своему исследованию, аккуратно ампутировав мертвецу руку. Позже он вспоминал: «Я хотел ввести в него человеческую кровь, однако в больнице я не смог раздобыть ее в столь поздний час, так что мне пришлось использовать свою собственную». Два приятеля, которые пришли вместе с ним, чтобы увидеть это действо, помогли ему слить кровь из вены левой руки — набралось где-то треть пинты, затем энергично взбили ее и, процедив через марлю, ввели в отрубленную конечность. Кровь сразу же начала сочиться из вен и артерий, но Броун-Секар собирал ее и вводил обратно. Он продолжал делать это непрерывно на протяжении следующего получаса и по окончании этого кровавого занятия обнаружил, что руки казненного потеряли свою трупную жесткость и снова стали сокращаться при стимуляции.
