211service.com
Ett konstgjort hjärta som inte slår
Tidigare denna månad godkändes det första fullt implanterbara konstgjorda hjärtat av Food and Drug Administration. Det ger hopp till patienter som är nära att dö av hjärtsvikt; ändå kvarstår några stora problem med den – nämligen dess stora storlek och relativt korta livslängd.
HeartMateII är en hjärtassistent med kontinuerligt flöde. Hjärtkirurgen Bud Frazier och hans team arbetar med två sådana enheter för att utveckla ett konstgjort hjärta med kontinuerligt flöde. (Med tillstånd: Texas Heart Institute)
Ett nytt koncept för ett konstgjort hjärta skulle kunna lösa några av dessa problem. Men dess innovativa pulsfria arkitektur kan också skapa egna problem.
Konstgjorda hjärtan fungerar genom att pumpa syrefattigt blod från kroppen till lungorna. Enheten pumpar sedan syresatt blod genom kroppen. Den nyligen godkända enheten, kallad AbioCor, tillverkad av Massachusetts-baserade Abiomed, använder ett implanterat hydrauliskt pumpsystem för att simulera en naturlig hjärtrytm. Men en alternativ design, uttänkt av O.H. Bud Frazier, en framstående hjärtkirurg och pionjär inom utvecklingen av hjärtapparater vid Texas Heart Institute i Houston, pumpar blod genom kroppen kontinuerligt, snarare än med det normala hjärtats periodiska slag.
Pumpar som arbetar enligt denna princip, så kallade kontinuerliga flödespumpar, används redan kliniskt som en del av ventrikulära hjälpanordningar, som implanteras i patienter med viss återstående hjärtfunktion för att hjälpa till att cirkulera blod genom kroppen. (Konstgjorda hjärtan ersätter hjärtat helt.)
Kontinuerliga flödespumpar är som små turbomaskiner, säger Tim Baldwin, programchef för avdelningen för avancerad teknologi och kirurgi vid National Heart, Lung and Blood Institute i Bethesda MD. De är mer hållbara och låter dig göra mindre enheter.
Med Fraziers kontinuerliga flödesdesign för ett helt artificiellt hjärta tas ett allvarligt skadat hjärta bort och ersätts med två rotorbaserade pumpar som kontinuerligt cirkulerar blod genom kroppen och helt tar över hjärtats funktion.
I preliminära experiment som genomförts under de senaste två åren har Frazier och hans team implanterat par kommersiellt tillgängliga ventrikulära hjälpanordningar i kalvar som fått sina hjärtan borttagna. Forskarna säger att enheterna kunde pumpa blod och svara på djurens behov baserat på deras aktiviteter. Man lägger detta i nötkreatur och de står upp och mumlar och äter och undrar varför alla tittar på dem så konstigt, säger William Cohn, en kollaboratör på forskningen och chef för minimalt invasiv kirurgisk teknologi vid Texas Heart Institute. Du ser en ko vifta på svansen och du säger, wow, det här är framtiden för det konstgjorda hjärtat.
Den största fördelen med rotor- eller axialpumparna är att de är små och relativt enkla. AbioCor-hjärtat, till exempel, är så stort att det bara kan implanteras i personer med stora brösthålor, vilket gör det olämpligt för de flesta kvinnor. Axiella pumpar är ungefär lika stora som en vuxen tumme och kan pumpa mer blod än ett normalt hjärta, säger Frazier.
Kontinuerliga flödespumpar är också mer hållbara, på grund av enkelheten i deras design - den enda rörliga delen är rotorn. Andra pumpar fungerar bra, men det finns massor av rörliga delar så de utsätts för mekaniskt slitage, säger Cohn. Det längsta AbioCor-hjärtat fungerade i kliniska prövningar var 18 månader, medan kontinuerliga flödesanordningar designas för att fungera i 10 eller fler år.
Frazier säger också att pumpar med kontinuerligt flöde bättre kan svara på kroppens förändrade behov av blod. Om du går pumpas mer blod tillbaka till hjärtat och hjärtat pumpar automatiskt mer, säger han. Om trycket på ena sidan av pumpen ökar, ökar flödet genom enheten automatiskt, vilket gör att pumpen reagerar som ett inbyggt hjärta, säger Frazier.
Men hur är det med den långsiktiga effekten av att leva pulsfritt? Den frågan är en fråga för livlig debatt inom hjärtapparatgemenskapen. Akif Undar, läkare och hjärtforskare vid Penn State University, säger att puls är viktigt för att få blod till alla små kapillärer som matar organen. Jag tror att man skulle se organskador hos djur som fått ett [icke-pulserande] hjärta, säger han. Andra, som Yukihiko Nose från Baylor College of Medicine, säger att djurstudier utförda av hans grupp visar att kontinuerliga flödesenheter kan vara lika säkra som enheter som använder en pump med en puls.
Frazier och teamet strävar efter att besvara denna fråga mer definitivt med långsiktiga djurförsök, i väntan på finansiering för projektet. (De längsta experimenten som forskarna har genomfört hittills varade i 20 dagar.) Teamet designar också specialiserade pumpar skräddarsydda för användning som konstgjorda hjärtan, med rotorer som svarar mer effektivt på förändringar i flödet. Mycket arbete måste göras innan detta ens kan övervägas för klinisk tillämpning, varnar NHLBI:s Baldwin.
Det är ännu inte klart vem som skulle vara de främsta kandidaterna för det pulslösa hjärtat, om det skulle visa sig säkert och effektivt i djurstudier. Eftersom artificiell hjärtteknologi fortfarande är så riskabel, begränsar det nuvarande FDA-godkännandet för AbioCor-hjärtat enheten till patienter med hjärtsvikt som inte är berättigade till transplantation och sannolikt skulle dö inom en månad. Cohn hoppas att artificiell hjärtteknologi i framtiden kommer att bli mycket säkrare och lättare att använda, vilket breddar den potentiella poolen av patienter. Det skulle inte förvåna mig om det vid OS 2050 fanns standard och modifierade [konkurrent] divisioner, säger han.