Кольф и его коллеги из Кливленда обозначили вектор, показали, в каком направлении следует работать, и вскоре разработкой искусственного сердца занялись ученые по всему миру. Так, исследователи из Токио создали сердце с гидравлическим приводом, которое поддерживало в собаках жизнь до пяти часов, а ученым из Аргентины удалось увеличить этот показатель до тринадцати часов. Поначалу не было какого-то единого представления о внешнем виде или принципе работы искусственного сердца. Кто-то пытался копировать желудочки настоящего сердца, используя сдавливаемые жидкостью или газом пластиковые мешочки. В одной оригинальной модели использовался маятник, в ходе своих колебаний поочередно сжимающий левое и правое предсердия. В другой был позаимствован насос, применяемый в аппарате искусственного кровообращения, — кровь проталкивалась по пластиковой трубке с помощью установленных на вращающемся колесе роликов.
Выбор источника питания тоже был очень важен. В состоянии покоя сердце среднестатистического человека перекачивает порядка 7200 литров крови ежедневно. Стало ясно, что для того, чтобы перемещать столь большие объемы жидкости, потребуется значительное количество энергии. Очевидным было также и то, что ни один из существующих источников электропитания в организме не поместится, поэтому без внешнего питания не обойтись. В качестве одного из вариантов рассматривали имплантируемый в грудную полость электромотор, подсоединенный к внешним аккумуляторам с помощью пропущенных через кожу проводов. В других прототипах использовался пневматический или гидравлический привод: подвижные части искусственного сердца приводились в движение сжатым маслом, водой или газом, которые закачивались в грудную клетку через трубки из внешнего модуля.
С учетом того, сколько выдающихся ученых занялись разработкой искусственного сердца, было довольно неожиданным, что первый патент на него был выдан человеку, у которого не было даже базовых знаний по медицине или физиологии. Пол Уинчелл — чревовещатель, прославившийся в начале 1950-х годов на всю страну благодаря собственному телешоу, а затем ставший голосом Тигры в диснеевском мультфильме про Винни-Пуха. На досуге любил что-нибудь изобретать и запатентовал немало довольно полезных вещей — например, «невидимый ремень для подвязки» или «электросито». Его модель искусственного сердца, созданная в 1963 году, состояла из четырех полимерных мешочков, причем «желудочки» сдавливались нажимной пластикой с питанием от электромотора, который предполагалось носить снаружи на ремне. Устройство, которое так и не сделали, было бы, вероятно, совершенно непрактичным в использовании, однако то, что на него выдали патент, сослужило хорошую службу, так как тем самым Уинчелл получил права на ряд конструкционных особенностей, которые другие разработчики намеревались использовать в своих собственных приборах. Узнав про существование патента, Уильям Кольф был так взволнован, что связался с Уинчеллом, чтобы договориться насчет создания собственного искусственного сердца без нарушения каких-либо прав.
Если одни пытались создать прибор, который полностью заменил бы собой человеческое сердце, то другие пошли в ином направлении. В 1957 году Берт Куссеров из Йеля разработал вспомогательную желудочковую систему (ВЖС) — небольшой имплантируемый кровяной насос, предназначенный для увеличения производительности одного из желудочков сердца. Результаты были не очень впечатляющими — собаки жили не более десяти часов, — однако сама идея была крайне важной: такой насос можно было теоретически использовать для помощи все еще функционирующему сердцу, которое из-за сильных повреждений не могло работать на полную мощность. Гораздо большего успеха удалось добиться Эдриану Кантровицу из Нью-Йорка, который использовал ВЖС простой конструкции для увеличения сердечного выброса левого желудочка у собак, многие из которых прожили с имплантированным устройством несколько месяцев. На человеке данная технология была применена в Хьюстоне, где Майкл Дебейки в конце 1950-х начал работать над созданием устройств вспомогательного кровообращения. В 1961 году он нанял на работу молодого аргентинца Доминго Лиотта, который сконструировал у себя в Кордобе несколько прототипов искусственного сердца.
Первый рабочий ВЖС Дебейки и Лиотта назвали дополнительным насосом левого желудочка. Их прибор представлял собой трубку с двойными стенками из полиэфирной ткани с клапанами на концах: один конец крепился к левому предсердию, а другой подводился к нисходящей дуге аорты. Когда в пространство между стенками трубками закачивался воздух, ее просвет сжимался, проталкивая кровь в аорту. Ритмичные сжатия воздуха проводились за счет внешнего компрессора, который с помощью электрокардиографа синхронизировался с собственным сердцебиением пациента. Девятнадцатого июля 1963 года коллега Дебейки Стенли Кроуфорд установил это устройство 42-летнему мужчине, который не смог поправиться после установки ему протеза аортального клапана. ВЖС взяла на себя большую часть работы неисправного левого желудочка пациента, ежеминутно перекачивая до двух с половиной литров крови. Прибор работал идеально, однако пациент был уже в слишком плохом состоянии, когда его запустили — мозг был поврежден, а большинство органов отказывало, — так что четыре дня спустя он умер. Результат, конечно, печальный, однако это был исторический момент: впервые кровообращение человека поддерживалось с помощью имплантированного внутрь организма устройства.
Несмотря на все эти достижения, многие были недовольны тем, как медленно продвигались исследования. Очень немногие учреждения обладали необходимыми для проведения подобных экспериментов оборудованием, подопытными животными и персоналом. Возникла необходимость привлечения дополнительного финансирования, причем в больших объемах. В 1963 году Майкл Дебейки обратился за помощью к правительству США, выступив перед комитетом сената по вопросам здравоохранения. У него были все основания рассчитывать на их благосклонность: председателем комитета был Листер Хилл, сын Лютера Леонидаса Хилла, первого американского хирурга, наложившего швы на человеческое сердце. Как и следовало ожидать, Дебейки выделили на продолжение исследований четыре с половиной миллиона долларов, а еще через два года государство раскошелилось на невиданную сумму — в сорок миллионов долларов
[28] — на разработку искусственного сердца, поставив задачу уже к 1970 году имплантировать первое устройство.
К 1964 году команда Дебейки протестировала восемь разных моделей насосов, среди которых были как полностью искусственные сердца, так и ВЖС. Они были двух моделей — в виде пакетиков, которые вставлялись внутрь желудочков сердца, и такие, которые накладывались на сердечную мышцу снаружи, помогая ей сокращаться. Ни один из прототипов, однако, не дал удовлетворительных результатов в лабораторных тестах, и Дебейки понял, что предстоит решить еще грандиозное количество вопросов. Кажущаяся простота модели человеческого сердца дает неправильное представление обо всех тонкостях сердца живого, в частности, о его способности к саморегуляции: если объем поступающей по венам крови растет, сердце реагирует увеличением выброса — эта взаимосвязь называется, в честь обнаружившего ее физиолога, законом Старлинга. При том, что левый и правый желудочки работают при разном давлении, количество проходящей через них крови тщательно выравнивается: в ходе экспериментов на животных Дебейки обнаружил, что отек легких, развивающийся обычно у подопытных собак, связан именно с несбалансированной работой желудочков. Любое искусственное сердце должно было быть мощным, однако при этом от него требовалось бережное отношение с хрупкими эритроцитами — в противном случае эти клетки крови будут лопаться, вызывая серьезные повреждения почек пациента. Еще одна проблема заключалась в имевшихся в распоряжении материалах: существовавшие в то время виды пластика были недостаточно долговечными, к тому же провоцировали появление тромбов, которые попадали в кровоток, вызывая смертельную закупорку сосудов мозга или легких.
