https://frosthead.com

Помощ за счупените сърца: Носими, биосинтетични и изкуствени сърца без битка

Наклонените валентинки могат да кажат, че няма лек за разбито сърце. Но помощта е на път за онези, чиито сърца боледуват, благодарение на иновативния набор от технологии, които един ден биха могли да се възползват от милионите хора, страдащи от сърдечна недостатъчност.

Свързано съдържание

  • Спомняйки си Барни Кларк, чиято етично съмнителна сърдечна трансплантация, напреднала наука
  • Angry Tweets Помощ Twitter Откриване на риск от сърдечни заболявания

Сърцето използва четири камери за изпомпване на кръв в цялото тяло: по едно предсърдие и по една камера от всяка страна. След като кръвта се обогати с кислород в белите дробове, тя се изпраща в лявото предсърдие и през лявата камера, за да може да се изпомпва в цялото тяло. Обеднената с кислород кръв се връща в дясното предсърдие на сърцето, след това се премества в дясната камера и се изпомпва обратно в белите дробове.

Повечето пациенти с трансплантация на сърце са хоспитализирани многократно поради тежка сърдечна недостатъчност, тъй като едната или двете страни на сърцето им не функционират правилно. Това често се причинява от увреждане на сърдечните мускули или клапите на камерите, коронарна болест на сърцето, наследствени състояния или вирусни инфекции.

„Носими“ сърдечни машини

Jarvik Сърце Изкуственото сърце Jarvik-7 беше направено от полиуретан и всяка камера беше с размер на юмрук. (Бетман / CORBIS)

Само 2000 до 2500 сърца донори стават достъпни всяка година в САЩ, което означава, че хиляди критично болни пациенти трябва да чакат месеци или дори години за трансплантация - ако успеят да оцелеят толкова дълго. Общото изкуствено сърце на SynCardia, наследник на технологията, използвана в известните устройства на Jarvik от 80-те години на миналия век, е най-често използваното изкуствено сърце, с повече от 1350 успешни импланти, тъй като е било одобрено за употреба. Той действа като критичен мост, позволяващ на пациентите, страдащи от бивентрикуларна сърдечна недостатъчност в краен стадий, да оцелеят, докато човешката трансплантация не стане достъпна.

Доскоро обаче много хора, използващи устройството SynCardia, бяха затворени в болницата, защото двигателите и електрониката на сърцето са разположени извън тялото в голямо, тежко устройство на водача. Шофьорът се свързва с изкуственото сърце с две епруветки и той създава изкуствен пулс, като запълва „балони“ вътре в изкуствените камери на устройството. Това изтласква кръвта в кръвоносната система със скорост 2, 5 галона в минута. Системата опростява движещите се части в самото изкуствено сърце, което отчасти отчита изключително ниския му процент на отказ от по-малко от един процент.

Но намаленото качество на живот на пациентите, заседнали в болнична стая, може да вземе своето. Така след четири години тестове, FDA одобри преносимия драйвер на Freedom през юли 2014 г. В Европа се използва от 2010 г., като това устройство позволява на пациентите да заменят болничните водачи на болнични съдове с по-малка единица, която тежи само 13, 5 килограма. Може да се носи в раница или колело в подвижен кадик или проходилка. Устройството работи на литиево-йонни батерии и може да се презарежда чрез включване в стандартен стенен контакт или зарядно за кола, което позволява на пациентите да се върнат у дома и да живеят сравнително нормален живот, докато чакат трансплантации.

Колко може устройството да помогне на изкуствен сърдечен реципиент? Помислете за случая с Ранди Шепърд: Още като тийнейджър сърцето му е било повредено от ревматична треска и двата му камерна вече не можели да изпомпват достатъчно кръв, за да го поддържат жив. Шепърд получи сърцето на SynCardia през юни 2013 г. По-малко от година по-късно Shepherd използва своя отдел за свобода, за да извърши разходка на 4, 2 мили като участник в Pat's Run близо до Phoenix, Аризона.

„Докато аз не се чувствам непременно вдъхновяващ, чувствам [това] да показвам на хората какво е възможно е важно, че животът не завършва с лоша медицинска диагноза“, пише той скоро след събитието в Reddit Ask Me Anything. Шепърд, известен като "Човекът с калай", получи трансплантация на сърце на донор през октомври 2014 г., след като живя с изкуственото си сърце в продължение на 15 месеца. Той спекулира, че физическата активност, на която е бил в състояние да се наслаждава на звеното за свобода, може дори да увеличи шансовете му успешно възстановяване.

Част машина, част крава

КАРМАТ изкуствено сърце. КАРМАТ изкуствено сърце. (CARMAT)

За повечето пациенти, сърцето на SynCardia е предназначено да бъде спиране, докато не се появи донор. По-предизвикателната цел е да се създаде постоянно решение.

Във Франция изследователите използват комбинация от изкуствени и биологични компоненти, за да направят точно това. Изкуственото сърце на CARMAT е направено от две камери, разделени наполовина от мембрана. Едната страна е дом на помпена система от двигатели и течности, които преместват мембраната, за да принудят кръв от другата страна в кръвоносната система. Сензорите и микроелектронното управление контролират налягането и регулират скоростта на потока, за да съответстват на активността на пациента - позволявайки на сърдечната честота да се настанява упражнението, например.

Повърхността на мембраната, обърната към помпената система, е направена от полиуретан, докато страницата на обратната страна в контакт с човешка кръв е изградена от тъкани от краве сърца. Изкуствените клапи на сърцето също са изработени от краве тъкан и дизайнерите се надяват, че тези химически стерилизирани биологични материали ще облекчат проблеми, които са поразили миналото на изкуствените сърца. Например, несъвместимостта на организма със синтетични материали може да унищожи червените кръвни клетки или да предизвика съсирване.

Първият получател на сърцето на CARMAT, неизлечимо 76-годишен мъж, получи импланта през декември 2013 г. и почина през март на следващата година. Вторият пациент, който е оборудван с устройството, напусна Университетската болница в Нант на 19 януари, въоръжен с лека, преносима външна батерия. Мъжът получи сърцето миналото лято като част от клинично изпитване.

„Най-голямата ни награда беше радостта на пациента не само да възвърнем ниво на активност, което беше немислимо само преди няколко месеца, благодарение на биопротезата, но по-важното е да можем да живеем истински живот у дома със семейството и приятелите си“, шефът на CARMAT Изпълнителният директор Марчело Конвити заяви в изявление за пресата.

Да живееш без пулс

В допълнение към рисковете от биологично отхвърляне, голям проблем за дизайнерите на изкуствени сърца е съпоставянето на невероятната издръжливост на дизайна на Mother Nature. Здравото човешко сърце трябва да изпомпва около 35 милиона пъти годишно, невероятно натоварване, което инженерите са имали трудно да се настанят с всяко устройство.

Изследователи от Тексаския институт за сърцето се справят с този проблем в края на проблема - създавайки сърце, което изобщо не бие, а вместо това осигурява непрекъснат приток на кръв. Тяхната концепция за изкуствено сърце BiVACOR има известна доказана история. Когато и двете страни на сърцето се провалят, трансплантацията става необходима. Но ако само едната страна не се изпомпва правилно, сърцето може да бъде лекувано с усилващи потока импланти. Левите вентрикуларни асистиращи устройства (LVAD) са импланти с непрекъснат поток, които усилват болните сърца с постоянно въртящо се работно колело, което изтласква кръвта по тялото - понякога поема по-голямата част или почти целия изпомпващ изход на човешкото сърце. В момента над 20 000 души спортуват тези сърдечни помощници, подобни на турбини.

Стремейки се да разширят тази технология за заместване на цялото сърце, изследователите са проектирали устройство само с една подвижна част: ротор с две остриета, който се върти в малка титанова камера. По-малък лопатка принуждава кръвта през дясната камера към белите дробове, докато по-голямата я премества от лявата камера към кръвоносната система и през тялото. Роторът е окачен от магнитни полета, което допълнително намалява износването, като премахва триенето. Технологията MAGLEV контролира въртенето на лопатките, за да съответства на нивото на активност на потребителя.

Сърцето на BiVACOR е една от малкото възможности, достатъчно малки, за да бъдат имплантирани в дете, ключов напредък в сравнение с други изкуствени усилия, които могат да бъдат твърде обемни дори за по-малки възрастни. Както всички технологии за изкуствено сърце досега, системата има потенциални недостатъци. Замяната на естественото изпомпване с витло подлага кръвта на малко пенисто, което може да насърчи вътрешно кървене, удари или други усложнения. Но концепцията има поне една история за ранен успех.

Предишна версия на BiVACOR е имплантирана при неизлечимо болен пациент, Крейг Люис, в Тексаския сърдечен институт през март 2011 г. Люис е живял шест седмици преди да умре от чернодробна и бъбречна недостатъчност, свързана със сърцето му, което е толкова ужасно, че няма ток лечението би довело до по-дълъг живот. Но той доказа, че е възможно да оцелее по-дълго, отколкото се смяташе за възможно, само с нежното вихрене на витлото в гърдите си.

Помощ за счупените сърца: Носими, биосинтетични и изкуствени сърца без битка