211service.com
HLR för det konstgjorda hjärtat
På fyra amerikanska vårdcentraler skrubbar kirurger, sjuksköterskor och anestesiologer tyst in för att få tillbaka en av de mest förtalade medicinska anordningarna som någonsin skapats - det konstgjorda hjärtat. Vart och ett av de fyra teamen användes för ett år sedan av Abiomed, ett föga känt företag i Danvers, Mass., vars ingenjörer har arbetat i mer än ett decennium för att bygga en 900-grams elektromekanisk pump som de kallar PulsaCor. Kirurger vid bland annat Texas Heart Institute och Massachusetts General Hospital övar nu på att sätta det syntetiska hjärtat i kalvar. David Lederman, Abiomeds VD, säger att de kommer att utföra operationen på en människa innan 2000 är ute.
Den första patienten kommer med all sannolikhet redan att vara död. Lederman anförtror att Abiomed, som rör sig försiktigt, kommer att söka tillstånd att genomföra en kirurgisk torrkörning på en hjärndöd individ med total livstöd. Innan läkarna och sjuksköterskorna tar på sig handskarna kommer Abiomeds nyligen sammankallade styrelse för etiska rådgivare att ha tillbringat månader med att övervaka urvalet av kandidater. Dessutom har Lederman utarbetat ett komplicerat kreditdelningssystem för att säkerställa att ingen enskild spelare stjäl rampljuset av vad han tror kommer att bli en mycket synlig händelse. Även beslutet att ge TR tillgång till Abiomeds ingenjörer och anläggningar var ett noggrant övervägt medietestfall.
Den här historien var en del av vårt majnummer 1999
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Anledningen till denna extraordinära strategi för barnhandskar är det konstgjorda hjärtats oroliga historia. En engångsmedicinsk mirakel, enheten finns nu på den korta listan över tekniker som det amerikanska samhället har märkt Just Not Worth It. Hur det hamnade där, tillsammans med överljudsplan och kärnkraftverk, är en historia som går tillbaka till 1982, när ett kirurgiskt team vid University of Utah ersatte det sjuka hjärtat hos 61-åriga tandläkaren Barney Clark med en enhet som heter Jarvik- 7. Drivs av luftkablar som löper från en tvättmaskinskonsol in i Clarks bröst, bevisade den pneumatiska pumpen att ett mekaniskt hjärta kunde upprätthålla människoliv. Clark levde i 112 dagar. Den andra patienten som fick Jarvik-7, William Schroeder, levde i fantastiska 620 dagar.
Om man kallar det att leva. Boston University bioetiker George Annas, en expert på mänskliga experiment, säger: Jag pratade med Bill ... och han hatade det konstgjorda hjärtat. Det finns saker som är värre än döden och det här var en av dem. Vid den 21:a dagen hade enheten infekterat Schroeders blod. I 420 dagar hade han feber. I 366 dagar matades han genom en sond. Fyra gånger drabbades Schroeder av stroke när förhärdade blodproppar som hade byggts upp i hjärtat bröts av i hans blodomlopp. När Jarvik-7:ans dödliga misslyckanden blev tydliga, vändes medias genombrottshype till fördömande av ett grymt och för tidigt experiment.
Nu är konceptet som en ledare i New York Times en gång kallade Dracula of Medical Technology tillbaka - och några gamla, svåra frågor är tillbaka med det. Vissa säger att regeringens konstgjorda hjärtprogram (som har betalat för Abiomeds FoU fram till nu) är en varelse av politik, inte vetenskap. Andra fruktar ännu ett snabbt äventyr av gung-ho-kirurger. Och många ifrågasätter om en maskin någonsin kommer att bli något mer än en eländeförlängande studie för hjärttransplantation.
I Abiomeds förortslabb pumpar en PulsaCor iväg i en tank med saltvatten och rör knappt om plastkulorna som flyter på tankens yta för att stoppa avdunstning. Saltet, som efterliknar kroppens frätande effekter på metall, är en del av omfattande laboratorietester för att avgöra om denna titan- och plastenhet kan pumpa 160 miljoner gånger utan att misslyckas tillräckligt för att flytta de 2 miljoner liter blod som en patient behöver för att leva i fem år.
Liksom det mänskliga hjärtat har PulsaCor fyra ventiler som spärrar blodets in- och utlopp. Men det är där likheten slutar. Detta hjärta har bara två kammare, istället för fyra genomskinliga hamburgerbulleformade plastkupoler fastklämda på vardera sidan av ett metallhölje. Denna förseglade kärna i hockeypuckstorlek innehåller en elmotor som driver ett snurrande blad genom hydraulvätska. Vätskan trycker ut mot två membran som pressar blod ut ur kamrarna, genom klaffarna och in i artärerna.
Till skillnad från Jarvik-7 är Abiomeds PulsaCor designad för att passa helt inuti kroppen, så att patienten kan lämna sjukhuset och kanske till och med återgå till arbetet. För att uppnå detta mål inkluderar systemet ett implanterbart batteri och kontrollpaket som innehåller elektroniken som dikterar pumpens hastighet. Var och en är ungefär lika stor som en liten pocketbok, kopplad till pumpen men implanterad i buken. Eftersom litiumjoncellen bara kan mata pumpens 12- till 20-watts effektbehov i ungefär en timme, måste den laddas kontinuerligt från ett bärbart externt batteripaket. Ett par spiralinduktionsspolar - en utanför kroppen, en invändig elektrisk energi över huden. Det är ett udda arrangemang men, säger Robert Kung, Abiomeds ingenjörschef, alla kablar som går genom huden är en inbjudan till infektion.
Flera tekniska framsteg sedan Jarvik-7:ans dagar har fört målet om ett totalt implanterbart konstgjort hjärta inom räckhåll. Bättre batterier, till exempel, gör det möjligt att eliminera den externa strömkällan som höll Clark och Schroeder bundna till sina sjukhussängar. Snabbare datorprocessorer har gjort det möjligt för ingenjörer att modellera blodets rörelse genom konstgjorda kammare och ventiler, och därigenom eliminera fläckar där blod kan samlas och koagulera.
Att skapa en pump som är extremt pålitlig, extremt strömsnål och tillräckligt liten för att passa i 12-centimetersutrymmet mellan ryggraden och bröstkorgen har krävt en del tekniska sträckningar runt om. Påfrestningarna på de böjande membranen är höga och oförminskade, men hålls undan för tröskeln vid vilken sprickor kan bildas. Klaffarna är koagelresistenta, men patienter som inte är proppsäkra kommer fortfarande att behöva ta blodförtunnande läkemedel. Kontrollpaketet och batteriet kommer att läcka värme i kroppen, men mindre än de 2,3 milliwatt per kvadratcentimeter som kan skada den omgivande vävnaden. David Myerson, en elektroingenjör som blev kardiolog vid Johns Hopkins University, jämför det konstgjorda hjärtat med Stealth-bombaren: Båda är tekniska extremvärden. Den flyger, men den kräver alla knep du har.
Ingenjörerna som har arbetat med konstgjorda hjärtan har haft 35 år på sig att lära sig några av dessa knep. National Institutes of Health (NIH) etablerade Artificial Heart Program Office 1964 på uppmaning av Baylor College of Medicine hjärtkirurg Michael DeBakey. Vid den tiden var tillkomsten av hjärttransplantation tre år borta och patienter vars hjärtan svikit mötte en säker död. Många trodde att en mekanisk ersättning bara skulle ta ett decennium att utvecklas under Apollo-uppdragets ålder, och att trycka blod genom en pump såg utomordentligt genomförbart ut.
Den ursprungliga förväntningen var att man kunde ta befintliga komponenter och sätta ihop det. Det visade sig vara ett falskt antagande, säger John Watson, chef för NIH:s National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI) kontor för bioteknik, som nu finansierar det konstgjorda hjärtat. På nära håll var projektet en hydra, med oväntade material-, kraft- och designutmaningar som spirade överallt.
Tekniken var inte det enda problemet. Den symboliska betydelsen av det mänskliga hjärtat verkar föra bort människor och förblinda de inblandade för vad hindren är, säger Rene Fox, en medicinsk antropolog vid University of Pennsylvania. I sin bok Spare Parts från 1992 krönikerade Fox hur kombinationen av tekniska brister och kirurgisk iver ledde till Jarvik-7 fiaskot.
Sedan 80-talet har det konstgjorda hjärtat kämpat för att överleva - och har fastnat i en strid mellan politiker och NIH-ledare. I januari 1988 krävde utgiftslagstiftningen NHLBI att tilldela 22,6 miljoner dollar till fyra entreprenörer (inklusive Abiomed) för att designa och bygga ett helt implanterbart konstgjort hjärta. NHLBI-tjänstemän, med hänvisning till otillräcklig teknologi, avbröt kontrakten några månader senare, bara för att återinföra dem när avkännare Ted Kennedy och Orrin Hatch (som båda hade beståndsdelar som arbetade med projektet) ingrep. Sedan dess har programmet gått framåt med lite fanfar – men under misstanke om att politiken, snarare än vetenskapen, driver det framåt.
Vid det här laget har NHLBI tunnat ut fältet från de ursprungliga fyra till bara två lag: Abiomed och Pennsylvania State University (vars hjärta liknar Abiomeds i uppfattningen, men skiljer sig i detalj). Varje lag har fått cirka 13 miljoner dollar från NHLBI hittills, vilket placerar dem före mindre välfinansierade ansträngningar vid universitet i Europa och Japan. 1997, säger Lederman, drog hans tekniska personal och rådgivare slutsatsen att det var dags att börja lägga Abiomeds egna pengar bakom projektet, separera det från det akademiska paketet och gå före NHLBI-schemat (i Penn State förväntar sig forskare inte kliniska tester före 2001). 1998 hällde Abiomed in 10 miljoner dollar i PulsaCor-projektet, och i år räknar Lederman med att spendera ännu mer.
För närvarande har Abiomed inga kommersiella konkurrenter. Det konstgjorda hjärtats skrämmande tekniska utmaningar, i kombination med dess oroliga offentliga image, säger Victor Poirier, VD för Waltham, Mass.-baserade Thermo Cardiosystems, innebär att den enda anledningen till att människor har fortsatt att arbeta med det konstgjorda hjärtat är för att regeringen har betalat för det . Thermo lade ner sitt eget program för flera år sedan och har, tillsammans med de flesta av fältets andra spelare, riktat sin uppmärksamhet mot en enklare typ av implanterbar pump känd som en vänsterkammarhjälpenhet (LVAD), som hjälper ett svagt hjärta snarare än att ersätta det.
Food and Drug Administration (FDA) har redan godkänt användningen av LVAD som en tillfällig bro-till-transplantation som hjälper patienter i behov av ett mänskligt hjärta att hålla ut tills ett donatororgan blir tillgängligt. Bro-till-transplantation skulle vara en uppenbar initial tillämpning av ett totalt konstgjort hjärta, men på grund av pågående förhandlingar med FDA kommer Lederman inte att säga om detta kommer att vara den första användningen av PulsaCor. I slutändan, säger han, planerar Abiomed att bevisa det konstgjorda hjärtats förmåga som ett permanent implantat för de 315 000 amerikaner som han uppskattar dör varje år av plötsliga hjärtinfarkter och andra typer av akut hjärtsvikt som inte lämnar tid för transplantationer. Det är huvuddelen av patienterna som vi måste ta itu med, säger O. H. Frazier, en toppskalpell vid Texas Heart Institute och mångårig Abiomed-samarbetspartner. Vi hade en 40-åring som kom in i går kväll med en [hjärtattack] och i princip hans hjärta förstördes. Det enda som kunde ha räddat honom var ett totalt konstgjort hjärta.
Kommer den där 40-åringen verkligen att vara en typisk hjärtmottagare? Åsikterna går isär. Mehmet Oz, en kirurg vid Columbia Presbyterian Medical Center, tror att enheten kommer att få en mycket mer begränsad roll, främst som en ersättning när en transplantationsmottagare avvisar ett donerat hjärta och inte är berättigat till ett annat. Andra är ännu mindre optimistiska. Jag har vissa tvivel om hur bra det kommer att göra som ett permanent implantat, säger DeBakey. Historien säger oss att detta är mycket svårt.
Oavsett deras grad av skepsis är alla observatörer överens om att endast mänskliga tester kommer att ge svar. Lederman har lovat att tester på människor ska börja före slutet av nästa år. När TR gick i tryck höll dock Abiomeds ingenjörer fortfarande på att justera hjärtats slutliga design; FDA kommer att kräva att Abiomed kör cirka 12 till 20 enheter i labbet i upp till ett år med få eller inga mekaniska fel innan mänskliga studier kan påbörjas.
Och även om Abiomeds djurtester ser lovande ut, presenterar övergången från friska kalvar till sjuka människor många okända saker, säger Richard Smith, chef för programmet för konstgjorda hjärtan vid University of Arizona. Hur kommer människohuden att reagera på de elektricitetsledande spolarna, till exempel? Vi kommer att behöva lära oss på det sätt vi alltid har lärt oss - vilket är den svåra vägen, säger Smith.
Den uppfattningen delas brett, och Alan Snyder, som leder ingenjörsteamet som arbetar på Penn States hjärta, varnar för att allmänheten bör ha realistiska förväntningar. Han konstaterar att även patienter som bara fått en hjärtklaff ersatt med en mekanisk ersättning har en viss chans att drabbas av stroke. Med fyra syntetiska klaffar, säger han, måste man inse att det kommer att hända saker med dessa patienter som vi önskar att de inte skulle göra.
Hos Abiomed fortsätter Lederman att göra allt han kan för att skapa historia utan att upprepa det. Men ingen mängd teknisk vård eller etisk försiktighet, rådgivande styrelser eller testfall i media kan säga säkert hur PulsaCor kommer att klara sig i mänskliga tester. Förr eller senare, säger Frazier, måste vi gå vidare med en del osäkerheter fortfarande.