Umelé srdce

Umelé srdce je prístroj implantovaný do tela, ktorý nahradzuje funkciu biologického srdca. Je to bionická pumpa, ktorá je napojená na vlastnú obehovú sústavu. Na rozdiel od krvnej pumpy, ktorá je mimo ľudského tela a zastupuje funkciu srdca aj pľúc. Umelé srdce je jedinou nádejou pri čakaní na transplantáciu srdca. Pacient môže nosiť prístroj niekoľko rokov. Rekord je 17 mesiacov.

História umelého srdca

• 1977 – Bola predstavená teória šírenia tlakovej vlny (vlnový fenomén) v krvnom obehu.
• 1982 – Vlnový fenomén v krvnom obehu bol simulovaný na počítači.
• 1984 – Prvé umelé srdce (TAH, angl. total artificial heart) Jarvick 7 bolo implantované. Je tu značná odlišnosť od tvaru normálnej tlakovej vlny.
• 1992 – Je patentované umelé srdce (TAH), ktoré dokáže simulovať „normálny“ tvar pulzu.
• 2001 – Umelé srdce AbioCor napodobňuje prirodzený pulz človeka.

Jarvik 7

V roku 1982 doktor William DeVries implantoval Jarvik 7, prvé zariadenie predurčené stať sa úplne trvalou náhradou srdca. Operácia bola urobená na Universite v Utahu, a pacient bol doktor Barney Clark, zubár zo Seattlu. Clark žil 112 dní s umelým srdcom. Jarvik 7 bolo srdce s pneumatickým pohonom navrhnuté doktorom Willem Kolffom a doktorom Don Olsenom. Na rozdiel od nezávislého srdca AbioCor, srdce Jarvik 7 vyžadovalo niekoľko drôtov, ktoré trčali z pacienta a boli pripojené k veľkej externej jednotke. Vyústenie drôtov viedlo k niekoľkým infekciám u Clarka. Odvtedy Jarvick 7 prešiel mnohými premenami. Súčasný Jarvik 2000 je už len srdcová pumpa, ktorá podporuje činnosť jednej srdcovej komory. Pomáha srdcu pretláčať krv do celého tela. Rýchlosť pumpovania sa dá nastaviť manuálne, takže istá telesná námaha nie je rizikom. Aj keď ide o trvalý implantát, napájanie je vyriešené zvonku. Človeku teda do tela vedú drôty, musí stále pri sebe nosiť opasok s batériami a každých osem hodín ich vymieňať.

VAD

VAD (angl. ventricular assist devices) je mechanická pumpa používaná pre dočasnú alebo trvalú podporu cirkulácie krvi. Znižuje zaťaženie srdca a často je používaná ako most pre pacientov čakajúcich na transplantáciu. Pri použití VAD sa ľudské srdce neodstraňuje a má možnosť sa uzdraviť pozvoľným a prirodzeným spôsobom. Skoršie návrhy boli obrovské mechanizmy, ktoré veľmi obmedzovali pohyblivosť pacientov. VAD sa skladá z jednej či dvoch mikropúmp a riadiacej jednotky. VAD môže nahradiť:

• ľavú komoru (LVAD),
• pravú komoru (RVAD),
• obe komory (BIVAD).

Rotary axial flow LVAD

Táto pomocná srdcová pumpa nie je väčšia ako "C" baterka. Turbínové zariadenie pumpuje okysličenú krv všade do tela. Elektricky poháňaná pumpa nepulzuje ani nebije ako skutočné srdce. V tomto prípade je pumpa prispôsobená pre ľavú srdcovú komoru. Iné pumpy sú implantované do hrude alebo do brušnej dutiny. Táto pumpa je najmenšia zo všetkých troch, niektoré modely môžu byť implantované vo vnútri srdcovej komory. Tento model LVAD má nízke energetické nároky. Vysoká rýchlosť pumpy môže ničí červené krvinky, čo patrí k nevýhodám tohoto zariadenia.

Rotary centrifugal LVAD

Rotačná odstredivá LVAD má 2 utesnené komory (chambers): pumpujúca komora (pump chamber), ktorá pumpuje krv; a motorická komora (motor chamber), ktorá obsahuje mechanizmus, ktorý poháňa pumpu. Energia je prenášaná medzi komorami pomocou magnetizmu. Dve trubice vychádzajúce z pumpovej komory rozdeľujú krv medzi LVAD a srdce. Krv vstupuje z vrchu a odchádza z boku. Tretia trubica vchádzajúca do motorickej komory obsahuje drôty pre napájanie jednotky.

1. Elektrický motor roztočí dvojicu magnetov v motorickej komore
2. Magnety pohnú magnetmi v pumpujúcej komore
3. Magnety v pumpujúcej komore sú pripojené k lopatke, ktoré poháňa krv cez pumpu.

Tieto pumpy sú menšie ako pulzné, takže sú prísľubom pre použitie u žien a detí, majú nízku spotrebu energie a sú ľahšie vyrábateľné. K ďalšej výhode patrí, že sa menej opotrebovávajú ako axial LVAD. Na druhej strane, nie sú dlhodobo testované na ľuďoch, sú väčšie ako axial flow pumpy, kontinuálny prietok skutočného srdca je podstatne odlišný – fyziologické efekty ešte nie sú celkom pochopené.

Pulzujúca elektromagnetická LVAD

Elektrický pulzný LVAD má 2 utesnené komory: pumpujúcu komoru (pump chamber), ktorá pumpuje krv; a motorická komora (motor chamber), ktorá obsahuje mechanizmus poháňajúci pumpu. Membrána s flexibilnými blanami udržuje tieto komory oddelene. Dve trubice vychádzajúce z pumpovej komory rozdeľujú krv medzi LVAD a srdce. Trubica vedúca do motorickej komory obsahuje drôty pre napájanie jednotky a vzduchovú hadičku pripojenú k vyhovujúcej implantovanej komore, ktorá dovoľuje membráne sa pohybovať hore a dole bez odporu.

1. nízkootáčkový elektrický motor roztočí dvojicu ložísk, ktoré tlačia proti 2 skloneným podložkám.
2. cams pohybujú flexibilnou membránou hore do jej najvyššej polohy, vytláčajúc krv von
3. pumpa sa plní pasívne, potom ako ložisko klesne až k sklonenej podložke, nasaje krv dnu.

Napodobňuje prirodzený srdcový rytmus a je veľa skúseností s podobnými zariadeniami u ľudí. Táto pumpa je príliš veľká pre mnoho žien a všetky deti, komplikovaný systém obsahuje mnoho tlakových bodov kde môže pumpa zlyhať. K ďalšej nevýhode patrí, že je potrebná špeciálna komora na vytlačenie vzduchu počas pumpovania.

AbioCor

Ako prvé umelé srdce dokáže pracovať nezávisle od okolia, iba s dobíjaním batérií. AbioCor je výsledkom dvadsaťročného výskumu firmy Abiomed, ktorého cieľom bolo zostrojiť umelé srdce, ktoré by sa obišlo bez zložitej vonkajšej aparatúry ako bol už spomínaný prístroj Jarvick 7. Srdce dospelého človeka priemerne pumpuje krv rýchlosťou 60 až 100 úderov za minútu. Naše srdce pracuje v 2 stupňoch. Ak viete ako srdce pracuje, potom viete, že srdce sa sťahuje v 2 fázach"

1. v prvej fáze, pravá a ľavá srdcová predsieň sa otvárajú a zatvárajú v tom istom čase, pumpujúc krv do pravej a ľavej komory,
2. v druhej fáze, obe komory sa spolu sťahujú, aby poháňali krv von zo srdca.

Srdcový sval potom oddychuje pred ďalším úderom srdca. To umožňuje, aby krv opäť zaplavila srdce. Pacienti s implantovaným srdcom AbioCor budú mať vždy predsieň, ktorá bije v rovnakom čase, ale umelé srdce, ktoré nahrádza obidve komory, môže vytlačiť krv len z jednej komory naraz. Teda, striedavo bude posielať krv do pľúc a potom do tela, namiesto do oboch naraz, ako to robí normálne srdce. AbioCor je schopné prečerpať viac než 10 litrov za minútu, čo je postačujúce pre každodenné aktivity.

AbioCor, vyvinutý firmou Abiomed, je veľmi komplikovaný lekársky prístroj, ale základom mechanizmu prístroja je hydraulická pumpa. Pre pochopenie ako to pracuje, pozrime sa viaceré časti systému:

• Hydraulická pumpa – základná myšlienka toho prístroja je podobná hydraulickej pumpe používanej v ťažkých zariadeniach. Tlak aplikovaný v jednom bode je prenášaný na iný bod použitím nestlačenej kvapaliny. 10000 otáčok zariadenia vo vnútri pumpy je potrebných pre vytvorenie tlaku.
• Kanálový ventil – tento ventil sa otvára a zatvára, aby hydraulická kvapalina prúdila z jednej strany umelého srdca na druhú. Keď sa kvapalina presunie na pravo, krv je pumpovaná do pľúc cez umelú komoru. Keď sa kvapalina presunie naľavo, krv je pumpovaná do zvyšku tela.
• Systém bezdrôtového prenosu energie – taktiež nazývaný cezkožný prenos energie (transcutaneous energy transfer - TET), tento systém pozostáva z 2 cievok, jednej internej a jednej externej, ktorá prenáša energiu cestou magnetickej sily z externej baterky cez pokožku bez prepichnutia povrchu. Interná cievka príjme energiu a posiela ju do vnútornej baterky a kontrolného zariadenia.
• Vnútorná baterka – dobíjateľná baterka je implantovaná vo vnútri pacientovej brušnej dutiny. Toto dáva pacientovi 30 až 40 minút k uskutočneniu istých aktivít, ako napríklad sprchovanie, pokiaľ je odpojená z hlavnej baterky.
• Externá batéria – táto batéria je nosená kapsičke na páse. Každá dobíjateľná batéria poskytuje energiu na 4 až 5 hodín.
• Regulátor – toto malé elektrické zariadenie je implantované v pacientovej brušnej stene. Monitoruje a kontroluje rýchlosť pumpovania srdca.

AbioCor srdce, ktoré je poskladané z titánu a plastu, prepája 4 miesta:

• pravá predsieň
• ľavá predsieň
• aorta (srdcová tepna)
• pľúcna tepna

Celý systém váži skoro 2 libry (0,9 kg).

Srdce AbioCor dobre fungovalo u teliat a laboratórne testy dokázali, že dôležité súčasti majú životnosť dlhšiu ako 5 rokov, teda zhruba 180 miliónov úderov. Bohužiaľ málokto z nemocných ľudí má nádej, že bude žiť tak dlho. Prvých päť pacientov, ktorí sa rozhodli srdce AbioCor vyskúšať, malo pred sebou asi mesiac života. Pokiaľ sa im podarí bez výraznejších vedľajších účinkov prečkať dva mesiace, bude to znamenať, že zdravotnícke úrady povolia ďalšie použitie u ľudí v lepšom zdravotnom stave. Až bude zrejmé, že pacienti s umelým srdcom žijú dlhšie než pacienti liečení obvyklými prostriedkami, dostane firma Abiomed zvolenie k výrobe. To môže trvať aj niekoľko rokov.

Cena umelého srdca AbioCor nebude zanedbateľná. Odhaduje sa na 160 tisíc dolárov, okrem nákladov na chirurgický zákrok a následnú starostlivosť. Náklady na transplantáciu srdca bývajú až desaťkrát vyššie. A pacient získa ďalších päť rokov života.

2. júla 2001 bolo srdce AbioCor voperované prvému pacientovi. Celých 60 dní trvania experimentu nikto nevedel jeho meno ani podobu. Až potom bolo oznámené, že tým pacientom je 52-ročný Robert Tools. Pred operáciou mu nezostávalo viac ako niekoľko týždňov života. Keď sa dozvedel, že srdce AbioCor bolo schválené pre prvú pokusnú operáciu, neváhal. Na začiatku júla sa podrobil operácii a po prekonaní niekoľkých komplikácií sa jeho stav začal rýchlo zlepšovať. Na konci mesiaca sa mohol sám pohybovať. V druhej polovici augusta bol schopný opustiť nemocnicu. Robert Tools prežil s umelým srdcom 151 dní, zomrel 30. novembra 2001. V súčasnosti (2001) je implantovaných 5 AbioCor.

Thoratec pneumatic system

V podstate ide o VAD systém. Môže byť použitý pre pravú alebo ľavú dutinovú podporu. Thoratec systém je vhodný pre pacientov, ktorým sa náhle katastroficky zhorší stav, zatiaľ čo čakajú na transplantáciu srdca.

Streamliner model

Streamliner je určený k dlhodobej a stálej liečbe pre pacientov trpiacich posledným štádiom srdcového zlyhania. Prístroj by bol uložený v brušnej dutine a pripojení ku skutočnému srdcu pomocou dvojice trubičiek alebo „cannulae“. Implantovaný s pumpou a vnútorným kontrolným obvodom a baterkou. Mimo tela, by pacient nosil externú baterku a operátor, ktorý by bol spojený s implantátom sústavou obvodov cez odev.

Streamliner sa nepodobá skutočnému srdcu. Radšej než používanie flexibilných membrán a protetických srdcových chlopní, streamliner používa malú vrtuľu pre vytváranie krvného toku. Návrh budúceho Streamlineru zamýšľa odstrániť veľa problémov, ktoré súvisia s únavou a trombózou a mal by viesť k väčšej spoľahlivosti a menším komplikáciám.

Zdroj

Medicínsky portál

• Umelé orgány – zdroj, z ktorého (pôvodne) čerpal tento článok.