قلب مصنوعی چگونه کار می‌کند؟

قلب انسان روزانه حدود ۲۰۰۰ گالن خون پمپاژ می‌کند. اگر از آن بدرستی محافظت نشود، مثل هر موتور دیگری خراب خواهد شد. به شرایطی که در آن پمپاژ قلب ناکارآمد است، نارسایی قلبی گفته می‌شود.

تا چندی پیش، بیماران مبتلا به نارسایی‌های شدید قلبی فقط در صورت پیوند قلب شانس ادامه زندگی داشتند. سالیانه کمی بیشتر از ۲۰۰۰ پیوند قلب در ایالات متحده انجام می‌شود، یعنی این که ده‌ها هزار نفر از کسانی که در انتظار قلب اهدایی هستند جان خود را از دست می‌دهند. در یازدهم تیر 1380 آبیوکور (AbioCor)، اولین قلب مصنوعی کاملاً مستقل به جای قلب طبیعی پیوند زده شد. این عمل جراحی در لوئیزویل، در ایالت کنتاکی آمریکا، انجام شد و امید به زندگی بیماران نارسایی قلبی را تا دو برابر افزایش داد.

در این جا، نگاهی به طرز کار قلب مصنوعی آبیوکور می‌اندازیم. خواهیم دید که آن را چگونه داخل قفسه سینه بیمار کار می‌گذارند و چه کسانی می‌توانند نامزد دریافت قلب‌های مکانیکی باشند. هم چنین، آبیوکور را با دیگر نمونه‌های قلب مصنوعی که در گذشته ناکارآمد بوده‌اند، مقایسه می‌کنیم.

قلب هیدرولیکی

تعداد ضربان قلب یک انسان بالغ به طور متوسط بین ۶۰ تا صد بار در دقیقه است. انقباض قلب شامل دو مرحله است: در مرحله اول، دهلیز راست و چپ همزمان منقبض می‌شوند و خون را به بطن‌های راست و چپ می‌فرستند؛ در مرحله دوم، بطن‌ها همزمان منقبض می‌شوند و خون را به خارج از قلب می‌فرستند. سپس، ماهیچه قلب به حالت استراحت فرومی رود تا مجدداً از خون پر شود. در قلب آبیوکور هر دو دهلیز در یک زمان خون رسانی می‌کنند، اما قلب مصنوعی‌ای که جایگزین بطن‌ها می‌شود فقط می‌تواند خون را در هر زمان جداگانه از بطن‌ها خارج کند. بنابراین، ابتدا خون را به ریه‌ها و بعد به دیگر نقاط بدن می‌فرستد. در صورتی که یک قلب طبیعی خون را همزمان از دو بطن خارج می‌کند. آبیوکور قادر است بیشتر از ده لیتر خون در دقیقه پمپاژ کند که برای فعالیت‌های روزمره کافی است.

آبیوکور یک دستگاه پزشکی بسیار پیچیده است که طرز کار آن بر پایه پمپ هیدرولیکی قرار دارد این دستگاه مایع هیدرولیکی را از سمتی به سمت دیگر هدایت می‌کند. اجزای سازنده این دستگاه عبارتند از:

ـ پمپ هیدرولیکی

اساس کار این قسمت شبیه پمپ‌های هیدرولیکی است که در تجهیزات سنگین به کار می‌روند. نیرو از یک نقطه توسط مایع هیدرولیکی به نقطه دیگر انتقال داده می‌شود. چرخ دنده داخل پمپ برای ایجاد فشار ده هزار بار در دقیقه می‌چرخد.

ـ دریچه انتقالی

باز و بسته شدن این دریچه باعث می‌شود ‌مایع هیدرولیکی از یک سمت قلب مصنوعی به سمت دیگر جریان پیدا کند. وقتی ‌مایع به سمت راست حرکت می‌کند، خون از طریق یک بطن مصنوعی به داخل ریه‌ها پمپاژ می‌شود و وقتی که مایع به سمت چپ حرکت می‌کند، خون رسانی به دیگر نقاط بدن انجام می‌شود.

ـ سیستم انتقال انرژی بی سیم

این سیستم که به آن سیستم انتقال انرژی از راه پوست (TET) نیز گفته می‌شود، شامل دو کوئل (سیم پیچ) داخلی و خارجی است. انرژی به وسیله نیروی مغناطیسی از یک باتری خارجی به آن سمت پوست بدون هیچ آسیب سطحی انتقال داده می‌شود. کوئل داخلی انرژی انتقالی را دریافت می‌کند و آن را به باتری داخلی و دستگاه کنترل کننده می‌فرستد.

ـ باتری داخلی

یک باتری قابل شارژ در داخل شکم بیمار کار گذاشته می‌شود. این باتری داخلی به بیمار اجازه می‌دهد‌ ۳۰ تا ۴۰ دقیقه بسته باتری اصلی را برای انجام فعالیت‌هایی مثل دوش گرفتن از خود جدا کند.

ـ باتری خارجی

این باتری روی یک کمربند وِلکرو (Velcro) قرار دارد و به دور کمر بیمار بسته می‌شود. هر باتری قابل شارژ حدود چهار تا پنج ساعت کار می‌کند.

ـ کنترل کننده

این دستگاه الکترونیکی کوچک روی دیواره شکم بیمار کار گذاشته می‌شود و سرعت پمپاژ قلب را کنترل می‌کند.

قلب آبیوکور از تیتانیوم و پلاستیک ساخته شده است و به چهار نقطه از بدن متصل می‌شود:

ـ دهلیز راست

ـ دهلیز چپ

ـ آئورت

ـ سرخرگ ریوی

مجموعه این سیستم حدود 900 گرم وزن دارد.

عمل جراحی هفت ساعته

عمل جراحی قلب آبیوکور بسیار حساس است. جراحان نه تنها باید بطن‌های راست و چپ قلب طبیعی را قطع و خارج کنند، بلکه می‌بایست یک جسم خارجی را داخل قفسه سینه بیمار کار بگذارند. بیمار باید به دستگاه قلب ـ ریه وصل و سپس از آن جدا شود. این جراحی به صدها بخیه نیاز دارد تا قلب به بطن‌های مصنوعی محکم شود. پیوندها (grafts) آبیوکور را به بقیه قسمت‌های قلب طبیعی متصل می‌کنند. پیوندها یک نوع بافت ترکیبی هستند که برای اتصال عضو مصنوعی به بافت طبیعی بیمار استفاده می‌شوند.

دکتر رابرت داولینگ از دانشگاه لوئیزویل مراحل جراحی را این‌طور توضیح می‌دهد:

۱. کوئل انتقال دهنده انرژی داخل شکم بیمار کار گذاشته می‌شود.

۲. استخوان سینه شکافته و بیمار به دستگاه قلب ـ ریه وصل می‌شود.

۳. بطن‌های راست و چپ قلب طبیعی قطع می‌شوند. دهلیزهای راست و چپ، آئورت و سرخرگ ریوی دست نخورده باقی می‌مانند. این قسمت از جراحی به تنهایی دو تا سه ساعت طول می‌کشد.

۴. کاف‌های دهلیزی (cuffs atrial) به دهلیزهای راست و چپ دوخته می‌شوند.

۵. یک مدل پلاستیکی داخل قفسه سینه کارگذاشته می‌شود تا محل دقیق کاشت قلب مصنوعی مشخص شود.

۶. پیوندها در اندازه‌های مناسب برش زده و به آئورت و سرخرگ ریوی وصل می‌شوند.

۷. آبیوکور داخل قفسه سینه کار گذاشته می‌شود. از اتصالات سریع برای اتصال قلب مصنوعی به سرخرگ ریوی، آئورت و دهلیزهای راست و چپ استفاده می‌شود.

۸. تمام هوای داخل دستگاه خالی می‌شود.

۹. بیمار از دستگاه قلب ـ ریه جدا می‌شود.

۱۰. تیم پزشکی از عملکرد صحیح قلب مطمئن می‌شوند.

متخصصین شرکت سازنده آبیوکور که آبیومِد (Abiomed)، نام دارد می‌گویند‌ در خوش بینانه ترین حالت ممکن، بیمار می‌تواند حداکثر تا شش ماه با قلب آبیوکور زندگی کند. این دستگاه طول عمر بیمارانی را که پیش از این فقط یک ماه امید به زندگی داشتند دو برابر کرده است.

رابرت تولز، اولین بیمار پیوند قلب مصنوعی در لوئیزویل هم اکنون درگذشته است. ده‌ها بیمار قلبی مثل او نیز که تحت همین عمل جراحی قرار گرفتند جان خود را از دست داده‌اند. اما دریافت کنندگان قلب آبیوکور به طور متوسط تا پنج ماه بعد از عمل پیوند زنده می‌مانند. قیمت قلب مصنوعی آبیوکور حدود 70 تا صد هزار دلار (یعنی حدود 240 تا 345 میلیون تومان) است.

بیمارترین بیمارها

لامان گِرِی می‌گوید کسانی که بیماری آنها مزمن‌تر است در اولویت خواهند بود. سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) و شرکت آبیومد پارامترهایی را برای دریافت‌کنندگان اولیه این قلب مصنوعی تعیین کرده‌اند:

ـ به نارسایی قلبی مرحله پایانی مبتلا باشند.

ـ امید به زندگی آنها کمتر از ۳۰ روز باشد.

ـ داوطلب پیوند قلب طبیعی نباشند.

ـ راه درمان دیگری برای آنها وجود نداشته باشد.

این دستگاه به اندازه یک گریپ فروت است و برای این‌که مشخص شود آیا داخل قفسه سینه بیمار جا می‌گیرد یا نه، باید از قفسه سینه عکس اشعه ایکس و سی‌تی‌اسکن تهیه شود. سپس پزشکان از یک برنامه رایانه‌ای کمک می‌گیرند تا قلب آبیوکور را جایگزین قلب طبیعی در قفسه سینه کنند. اگر برنامه رایانه‌ای نشان دهد که دستگاه بدرستی در محل صحیح قرار می‌گیرد، آن بیمار می‌تواند قلب مصنوعی آبیوکور را دریافت کند.

اکنون، بین دو تا سه میلیون نفر در آمریکا از نارسایی قلبی رنج می‌برند و هر سال حدود ۴۰ هزار نفر از آنها درمان می‌شوند. بر اساس گزارش مؤسسه ملی قلب، ریه و خون (NHLBI)، نارسایی قلبی سالانه عامل ۳۹ هزار مورد مرگ و میر است. بیشتر مبتلایان به نارسایی‌های قلبی اگر تحت درمان قرار بگیرند می‌توانند تا حدود پنج سال شانس ادامه زندگی داشته باشند و در بیشتر موارد باید قلب پیوندی دریافت کنند.

در سال ۲۰۰۳، فقط در ایالات متحده ۲۱۴۳ عمل جراحی پیوند قلب انجام شد. متأسفانه، هرسال هزاران نفر در انتظار قلب اهدایی جان خود را از دست می‌دهند. پزشکان همواره سعی می‌کنند ‌عموم مردم را به اهدای عضو بیماران مرگ مغزی تشویق کنند، اما آبیوکور می‌تواند به کسانی که شرایط پیوند قلب طبیعی را ندارند یا این که در فهرست انتظار هستند، زندگی دوباره ببخشد.

نخستین تجربه ها

جارویک ـ ۷ (7ـJarvik) نخستین دستگاهی بود که انتظار می‌رفت جایگزین دائم قلب طبیعی باشد. در سال 1361، عمل جراحی پیوند جارویک ـ ۷ توسط دکتر ویلیام دِوریز در دانشگاه یوتا در ایالات متحده انجام شد. بیمار دریافت‌کننده قلب مصنوعی یک دکتر دندانپزشک از سیاتل بود.

دکتر بارنی کلارک تا ۱۱۲ روز پس از انجام پیوند زنده ماند سپس به علت مشکلات ناشی از دستگاه جان خود را از دست داد.

جارویک ـ ۷ را ویلِم کلف و دُن اُلسِن طراحی کردند. برخلاف آبیوکور که یک قلب مستقل است، جارویک ـ ۷ از چند سیم خارجی تشکیل شده بود که از داخل بدن بیمار عبور می‌کردند و به یک دستگاه خارجی بزرگ وصل می‌شدند. این سیم‌های بیرون زده باعث ایجاد عفونت‌های مختلف در کلارک شدند.

چهار بیمار دیگر نیز جارویک ـ ۷ را دریافت کردند، اما استفاده از این قلب مصنوعی به علت عوارض جبران ناپذیر نظیر سکته متوقف شد. علاوه بر این، جارویک ـ ۷ دارای اشکالات فنی هم بود و بدرستی در بدن بیمار قرار نمی‌گرفت. مدل اصلاح شده جارویک ـ ۷ اکنون با عنوان قلب مصنوعی کاردیووِست (CardioWest) شناخته می‌شود. البته، موارد استفاده از آن فقط محدود به مطالعات آزمایشگاهی است و به منظور یک ابزار تحقیقاتی به کار می‌رود.

مقایسه قلب طبیعی و قلب مصنوعی

Howstuffworks ‌/‌ مترجم: صدف دژآلود