Καρδιολογικό Βήμα

Πρόληψη και θεραπεία καρδιοπαθειών

Τεχνητή καρδιά

Η έλλειψη επαρκούς αριθμού καρδιακών μοσχευμάτων αποτελεί παγκόσμιο πρόβλημα. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι μόνο 2.000 μοσχεύματα καθίστανται διαθέσιμα προς μεταμόσχευση κάθε έτος στις ΗΠΑ, ενώ ο αριθμός των ασθενών με μία από τις μορφές καρδιακής ανεπάρκειας ανέρχεται περίπου σε 5 εκατομμύρια. Τα θύματα των θανατηφόρων αυτοκινητιστικών ατυχημάτων συγκεντρώνουν συνήθως πολλά από τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του ιδανικού δότη, αλλά η ιατρική ηθική προκρίνει τη διασφάλιση της ζωής του οποιουδήποτε υποψηφίου δότη. Έτσι, τίθεται επιτακτικά η αναγκαιότητα αναζήτησης διαφορετικών θεραπευτικών προσεγγίσεων για την αποκατάσταση των σοβαρών διαταραχών της καρδιακής λειτουργίας.

Μία από τις προφανείς λύσεις θα ήταν η κατασκευή κάποιου τύπου τεχνητής καρδιάς. Σε τελική ανάλυση, η καρδιά δεν είναι τίποτε άλλο από μία βιολογική αντλία. Ο άνθρωπος είχε ήδη αναπτύξει τεχνικές άντλησης των υδάτων στη Μεσοποταμία, περίπου 3.000 έτη πριν από τη γέννηση του Χριστού. Πράγματι, η ιδέα της αντικατάστασης της πάσχουσας καρδιάς με μία κατάλληλη συσκευή προώθησης του αίματος αποκρυσταλλώθηκε στη σκέψη των επιστημόνων περίπου κατά τις πρώτες δεκαετίες του 20ου αιώνα. Η πρώτη τεχνητή αντλία αιματικής ροής υλοποιήθηκε από τους Carrel και Lindberg το 1935. Ήταν μία εξωτερική συσκευή που αποσκοπούσε στη συντήρηση οργάνων εκτός του σώματος. Το πρώτο μοντέλο τεχνητής καρδιάς αποδίδεται στους Glenn και Sewell, αλλά αποτελεί κυρίως ένα θεωρητικό επίτευγμα των αρχών της δεκαετίας του 50΄ παρά μία συσκευή με πρακτική αξία. Η πρώτη επέμβαση τοποθέτησης τεχνητής καρδιάς πραγματοποιήθηκε σε σκύλο από τους Kolff και Akutsu το 1957. Παρά το γεγονός ότι το ζώο πέθανε μετά από 90 λεπτά, το εγχείρημα προκάλεσε το ενδιαφέρον του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας των ΗΠΑ με συνέπεια να εκπονηθεί το πρόγραμμα “Artificial HeartProgram” που έθετε ως στόχο την τοποθέτηση τεχνητής καρδιάς σε άνθρωπο ως το τέλος της δεκαετίας του 60΄. Το 1963, μία ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον χειρουργό De Bakey ζήτησε από το Αμερικανικό Κογκρέσο και έλαβε το ποσό του ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων για τη διεξαγωγή των σχετικών μελετών. Εντός μίας πενταετίας παρουσίασε μία πρότυπη συσκευή, την οποία εισήγαγε στη θωρακική κοιλότητα 4 πειραματόζωων μετά από διακοπή της φυσιολογικής καρδιακής λειτουργίας. Μόνο ένα από αυτά έζησε για 40 ώρες και ο Δρ De Bakey αναγνώρισε ότι η συσκευή δεν ήταν έτοιμη για δοκιμή σε ανθρώπους. Παρόλα αυτά, τον Απρίλιο του 1969, πραγματοποιήθηκε η πρώτη εισαγωγή τεχνητής καρδιάς σε άνθρωπο από τον Δρα Cooley προκαλώντας την αντίδραση του Δρος De Bakey αφού επρόκειτο για την ίδια συσκευή. Ο ασθενής επέζησε για πέντε ημέρες μετά την τοποθέτηση της αντλίας και πέθανε εντός μίας εβδομάδας (αφού είχε προηγηθεί μεταμόσχευση καρδιάς). Ο Δρ Cooley αποβλήθηκε από το Αμερικανικό Κολλέγιο Χειρουργών για την πράξη του και η συσκευή δεν χρησιμοποιήθηκε ξανά. Στις αρχές της δεκαετίας του 70΄, ο Δρ De Bakey αποφάσισε τη διακοπή των σχετικών μελετών και στράφηκε στον σχεδιασμό αντλιών υποβοήθησης της λειτουργίας των καρδιακών κοιλιών, θεωρώντας ότι το εγχείρημα της πλήρους τεχνητής καρδιάς είναι εξαιρετικά πολύπλοκο για να υλοποιηθεί. Έτσι, η στόχευση για την ανάπτυξη συσκευών υποβοήθησης της καρδιακής λειτουργίας αποτέλεσε μία εναλλακτική οδό που ακολούθησαν οι ερευνητές τις επόμενες δεκαετίας. Ήδη από το 1966, ο Adrian Kantrowitz είχε πραγματοποιήσει την πρώτη επέμβαση τοποθέτησης συσκευής για την υποβοήθηση της λειτουργίας της αριστεράς κοιλίας. Η αναγνώριση της συγκεκριμένης κατεύθυνσης ήταν σημαντική δεδομένου ότι η πλειοψηφία των σοβαρών καρδιοπαθειών αφορά σε δυσλειτουργία της αριστεράς κοιλίας.
Καρδιά: μία αντλία με ανυπέρβλητες (έως πρόσφατα) δυνατότητες
Η καρδιακή λειτουργία είναι συνεχής. Η καρδιά εκτελεί περίπου 35 εκατομμύρια συσπάσεις το έτος και ο ρυθμός αυτός διατηρείται σχετικά σταθερός για όσο το άτομο παραμένει εν ζωή χωρίς να υπάρχει δυνατότητα παρεμβολής περιόδων ανάπαυσης του μυοκαρδίου. Η παύση της καρδιακής λειτουργίας συνεπάγεται βλάβη των ζωτικών οργάνων του σώματος και οδηγεί εντός σύντομου χρονικού διαστήματος στον θάνατο του ατόμου. Το 1982 παρουσιάσθηκε η πρώτη συσκευή που υποκαθιστούσε την καρδιακή λειτουργία με επιτυχία (Jarvik 7). Η αρχή λειτουργίας της είναι αρκετά απλή και βρίσκεται σε απόλυτη συμφωνία με το πρότυπο της μικρής και της μεγάλης κυκλοφορίας του αίματος στο ανθρώπινο σώμα. Το μη οξυγονωμένο αίμα, το οποίο επιστρέφει στην καρδιά από το υπόλοιπο σώμα, φέρεται στους πνεύμονες όπου με την ανταλλαγή των αερίων εμπλουτίζεται σε οξυγόνο και απομακρύνεται το διοξείδιο του άνθρακα. Κατόπιν, το οξυγονωμένο αίμα επιστρέφει στην καρδιά ολοκληρώνοντας τον κύκλο της μικρής κυκλοφορίας. Από την καρδιά, το πλούσιο σε οξυγόνο αίμα προωθείται μέσω του αγγειακού δικτύου στους διάφορους ιστούς για την κάλυψη των μεταβολικών τους αναγκών. Εκεί, αποδίδεται το οξυγόνο και δεσμεύονται τα παραπροϊόντα των μεταβολικών διεργασιών, ενώ ο κύκλος ολοκληρώνεται με την επιστροφή του αίματος στην καρδιά. Αυτή είναι η μεγάλη κυκλοφορία του αίματος στον οργανισμό. Κατά αντιστοιχία, η Jarvik 7 περιλαμβάνει μία δεξαμενή, στην οποία συγκεντρώνεται το μη οξυγονωμένο αίμα για να προωθηθεί στους πνεύμονες, και μία δεύτερη δεξαμενή από την οποία το οξυγονωμένο πλέον αίμα προωθείται στο υπόλοιπο σώμα.

Ωστόσο, εύκολα γίνονται κατανοητοί οι περιορισμοί της λειτουργίας της Jarvik 7, όσο και των μετεξελίξεων αυτής της πρότυπης συσκευής που χρησιμοποιούνται έως σήμερα. Κατ΄ αρχάς, είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός συμπιεστή αέρος εκτός του σώματος. Μέσω καθετήρων που εισέρχονται στο σώμα του ασθενούς, ο συμπιεστής φουσκώνει ένα μπαλόνι εντός της πρώτης δεξαμενής για την προώθηση του αίματος στους πνεύμονες. Κατόπιν, γεμίζει με αέρα ένα δεύτερο μπαλόνι που βρίσκεται στην άλλη δεξαμενή, ώστε το οξυγονωμένο αίμα να προωθηθεί στην περιφέρεια του σώματος. Η πλήρωση με αέρα των δύο μπαλονιών πραγματοποιείται με έναν εναλλασσόμενο ρυθμό. Αν και η περιγραφόμενη συνδεσμολογία επιτρέπει την υποκατάσταση της καρδιακής λειτουργίας, προϋποθέτει την καθήλωση του ασθενούς δίπλα σε έναν θορυβώδη συμπιεστή για 24 ώρες την ημέρα. Προφανώς, η κατάσταση αυτή αποτρέπει τον θάνατο σε ιδιαίτερα επιβαρημένες περιπτώσεις καρδιακής ανεπάρκειας, αλλά η ποιότητα της ζωής αναδεικνύεται ως το μεγάλο ζητούμενο σε αυτές τις εφαρμογές. Ο Barney Clark, ο πρώτος άνθρωπος που διατηρήθηκε εν ζωή χάρη στη Jarvik 7, λέγεται ότι ζήτησε πολλές φορές από τους ιατρούς να τον αφήσουν να πεθάνει κατά τη διάρκεια των 112 ημερών που ήταν συνδεδεμένος με τη συσκευή. Ωστόσο, θα ήταν μάλλον αδύνατο να επιτευχθεί μεγαλύτερη παράταση της επιβίωσης του ασθενούς σε κάθε περίπτωση. Τα διάφορα κινητά τμήματα των συσκευών υποκατάστασης της καρδιακής λειτουργίας φθείρονται σχετικά ταχέως. Για αυτόν τον λόγο, οι συσκευές αυτές – ακόμα και στην πλέον σύγχρονη εξέλιξή τους – θεωρούνται ως «γέφυρες μέχρι τη μεταμόσχευση», δηλαδή σκοπό έχουν να αποτρέψουν τον θάνατο του ασθενούς μέχρι να βρεθεί το κατάλληλο μόσχευμα.


Αναπτύσσοντας μία διαφορετική αρχή λειτουργίας για την τεχνητή καρδιά
Σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές, η προσπάθεια μίμησης του μοντέλου συσπαστικότητας της βιολογικής καρδιάς για την κατασκευή μίας τεχνητής καρδιακής αντλίας μπορεί να φαίνεται στο μέλλον το ίδιο κοντόφθαλμη με τα σχέδια του Leonardo da Vinci για τη δημιουργία μίας ιπτάμενης συσκευής με παλλόμενα πτερύγια. Η φύση δεν αποτελεί πάντα τον καλύτερο σχεδιαστή, ειδικά εάν πρόκειται για συσκευές που ο άνθρωπος πρέπει να κατασκευάσει και να συντηρήσει. Έτσι, στο πλέον σύγχρονο πρότυπο τεχνητής καρδιάς, οι ερευνητές έχουν εγκαταλείψει την προσπάθεια μίμησης του καρδιακού μυός. Μετά από 500 εκατομμύρια έτη εξέλιξης του ανθρωπίνου είδους, διαπιστώνεται ότι η λειτουργία της καρδιάς κατά παλμούς μπορεί να μην είναι απαραίτητη.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η διατήρηση της ζωής χωρίς την ύπαρξη καρδιακού παλμού αντιστρατεύεται την παγιωμένη αντίληψη του σφυγμού ως πρωταρχικής εκδήλωσης της ζωής. Παραδόξως, η θεμελίωση της ιδέας για τη λειτουργία της τεχνητής καρδιάς συνεχούς ροής πρέπει να αναζητηθεί στο χωριό El Bayad της Αιγύπτου. Εκεί, το 1976, o Δρ Wampler συμμετείχε ως χειρουργός σε μία ανθρωπιστική αποστολή. Επειδή όμως ήταν και μηχανικός (με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στις ιατρικές συσκευές), η προσοχή του στράφηκε στις τεχνικές άντλησης του πόσιμου νερού που χρησιμοποιούσε ο τοπικός πληθυσμός και βασίζονταν στον «κοχλία του Αρχιμήδη». Ο «κοχλίας του Αρχιμήδη» (γνωστός και ως ατέρμων κοχλίας ή υδρόβιδα) εφευρέθηκε από τον Συρακούσιο μαθηματικό κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του στην Αίγυπτο. Πρόκειται για ένα υδραυλικό όργανο που επιτρέπει την άντληση ύδατος από ένα χαμηλότερο σε ένα υψηλότερο επίπεδο. Σε λιγότερο από μία δεκαετία, ο Δρ Wampler ολοκλήρωσε τον σχεδιασμό μίας συσκευής προώθησης του αίματος στον οργανισμό, η οποία δεν λειτουργούσε κατά παλμούς και αξιοποιούσε τις ίδιες βασικές αρχές. Τα πρώτα έτη της δεκαετίας του 80΄, ο ίδιος παρουσίασε ένα πρότυπο της συσκευής στον Δρα Frazier, ερευνητή του Καρδιολογικού Ινστιτούτου του Τέξας. Το Ιατρικό Κέντρο του Τέξας περιλαμβάνει 21 διαφορετικές σχολές και 13 νοσοκομεία, συμπεριλαμβανομένου του Καρδιολογικού Ινστιτούτου όπου διεξάγονται πρωτοποριακές μελέτες σε διάφορους τομείς. Εκείνη την εποχή σημαντικό επίτευγμα στον χώρο της Καρδιοχειρουργικής ήταν η τοποθέτηση ειδικών συσκευών στον θώρακα (Left-ventricle assist devices, LVADs), οι οποίες δεν αντικαθιστούσαν την καρδιά αλλά συνεπικουρούσαν την αριστερά κοιλία κατά την προώθηση του αίματος στην περιφέρεια του σώματος. Αντίθετα, το έργο της αιματικής κυκλοφορίας από τη δεξιά κοιλία στους πνεύμονες παρέμενε απολύτως εξαρτώμενο από την αποτελεσματικότητα των βιολογικών μηχανισμών. Ο Δρ Frazier αντιλήφθηκε ότι η εφαρμογή των αρχών του «κοχλία του Αρχιμήδη» πιθανώς να παρέχει λύσεις στα προβλήματα της μικρής διάρκειας ζωής των συσκευών LVADs, όπως και της αναγκαιότητας χρήσης εξωτερικού συμπιεστή. Παρόλα αυτά, η πλειοψηφία των μελών της καρδιοχειρουργικής κοινότητας αντιμετώπισε με σκεπτικισμό τις δυνατότητες που διέβλεψαν οι δύο ερευνητές σε αυτό το εγχείρημα. Μάλιστα, το περιοδικό της Διεθνούς Εταιρίας Καρδιοπνευμονικών Μεταμοσχεύσεων απέρριψε το πρώτο σχετικό άρθρο του Δρος Frazier με τον ισχυρισμό ότι όσα περιελάμβανε δεν αναμένεται να έχουν ενδιαφέρον για την κλινική Ιατρική ή να επηρεάσουν τις θεραπευτικές μεθόδους αντιμετώπισης της καρδιακής ανεπάρκειας.
Όπως είχε συμβεί και με άλλους πρωτοπόρους ερευνητές στην ιστορία των επιστημών, ο Δρ Frazier δεν απογοητεύθηκε από την αρχική αρνητική κριτική των συναδέλφων του. Αντίθετα, στράφηκε με ακόμα μεγαλύτερη ένταση στην επίλυση προβλημάτων που ανέκυπταν από την εφαρμογή των αρχών του «κοχλία του Αρχιμήδη». Το βασικότερο από αυτά ήταν ότι η λειτουργία μίας αντλίας συνεχούς ροής πιθανώς να επέφερε την καταστροφή των κυττάρων, καθώς το αίμα διερχόταν από τον κοχλία για να προωθηθεί στον οργανισμό. Αρχικά, ο Δρ Frazier τοποθετούσε αντλίες συνεχούς ροής σε πειραματόζωα, όχι για την πλήρη υποκατάσταση της καρδιακής λειτουργίας αλλά μόνο για την υποβοήθηση της αριστεράς κοιλίας. Το χρησιμοποιούμενο πειραματικό πρότυπο ήταν αναμφισβήτητα αδρό (ο εμφυτευμένος κοχλίας συνδεόταν με έναν εξωτερικό κινητήρα) και προφανώς ακατάλληλο για εφαρμογή σε κλινικό πλαίσιο. Ωστόσο, επέτρεψε τη διαπίστωση μίας κρίσιμης παραμέτρου. Η λειτουργία της αντλίας δεν προκαλούσε μορφολογικές βλάβες στα κύτταρα. Το εύρημα αυτό αποδόθηκε στην ταχεία διέλευση του αίματος από τον κοχλία.
Την περίοδο που ο Δρ Frazier πραγματοποιούσε τις αρχικές μελέτες στα πειραματόζωα, ο David Saucier, μηχανικός της NASA, υποβλήθηκε σε μεταμόσχευση καρδιάς από τον Δρα DeBakey, o οποίος ήταν βασικός καθοδηγητής του Frazier στα πρώτα του επιστημονικά βήματα. Χάρη σε αυτή τη σχέση, ο Saucier ενημερώθηκε για τις συγκεκριμένες μελέτες κατά τη διάρκεια της μετεγχειρητικής παρακολούθησής του στο Καρδιολογικό Ινστιτούτο του Τέξας. Ως μηχανικός, ο Saucier είχε ασχοληθεί με τη λειτουργία αντλιών για τη ροή των προωθητικών αερίων στη βασική μηχανή διαστημικών λεωφορείων. Αντιλήφθηκε ότι ορισμένα στοιχεία της σχετικής τεχνολογίας μπορεί να αξιοποιηθούν για τον σχεδιασμό της λειτουργίας της καρδιακής αντλίας χωρίς να απαιτείται η σύνδεσή της με έναν εξωτερικό κινητήρα. Έτσι, ο David Saucier αποτέλεσε τον συνδετικό κρίκο για την έναρξη ενός ερευνητικού προγράμματος κατασκευής μίας εμφυτεύσιμης αντλίας συνεχούς ροής αίματος με τη συμμετοχή ερευνητών της NASA και του Baylor College of Medicine – το οποίο ανήκει στο Ιατρικό Κέντρο του Τέξας. Το 1995, ορισμένοι από το ερευνητές που συμμετείχαν στο πρόγραμμα ίδρυσαν την εταιρία MicroMed με σκοπό την προώθηση της αντλίας στην αγορά. Μετά από τρία έτη, χωρίς να έχει λάβει ακόμα έγκριση από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) στις ΗΠΑ, η συσκευή τοποθετήθηκε σε έναν ασθενή στην Ευρώπη. Η MicroMed βρισκόταν σε ισχυρό ανταγωνισμό με μία άλλη εταιρία (Thoratec), η οποία είχε επίσης σχεδιάσει μία αντλία συνεχώς ροής αίματος βάσει του «κοχλία του Αρχιμήδη» και βρισκόταν σε διαδικασία χορήγησης άδειας από τον FDA. Επιδιώκοντας να διατηρήσουν την πρωτοπορία, οι υπεύθυνοι της MicroMed έκαναν το λάθος να επιτρέψουν την εξαγορά της εταιρίας από τα ιδιωτικά αμοιβαία κεφάλαια (hedge fund) Absolute Capital Management – εξέλιξη που οδήγησε τελικά στη διάλυσή της. Αντίθετα, η Thoratec κινήθηκε πιο επιτυχημένα και σύντομα η συσκευή της (HeartMate II) εισήχθη σε φάση κλινικών μελετών.
HeartMate II: η αντλία συνεχούς ροής του αίματος εισάγεται στον άνθρωπο
Η HeartMate II επιτρέπει στους ασθενείς να ζήσουν μία αρκετά φυσιολογική ζωή και σχεδιάστηκε ώστε η τοποθέτησή της να είναι μόνιμη και όχι να συνιστά προσωρινή λύση ως «γέφυρα μέχρι τη μεταμόσχευση». Συγκεκριμένα, αρχική επιδίωξη των ερευνητών δεν ήταν να υποκαταστήσει πλήρως την καρδιακή λειτουργία, αλλά η συνεχής προώθηση του αίματος να συνεπικουρήσει την κατά παλμούς ροή της βιολογικής αντλίας. Η συσκευή τροφοδοτείται από μία μπαταρία όχι μεγαλύτερη από μία βιντεοκασέτα, την οποία ο ασθενής πρέπει να φέρει συνεχώς μαζί του. Ωστόσο, λόγω μεγέθους, η μπαταρία μπορεί να τοποθετηθεί ακόμα και εντός μίας τσάντας ώμου.

Τον Νοέμβριο του 2003, ο Δρ Frazier τοποθέτησε τη συσκευή HeartMate II σε έναν νεαρό άνδρα από την Κεντρική Αμερική, ο οποίος έπασχε από σοβαρή καρδιακή ανεπάρκεια. Παρά τις οδηγίες των ιατρών για τακτική παρακολούθηση μετά την έξοδο από το νοσοκομείο, ο ασθενής στην κυριολεξία εξαφανίστηκε για διάστημα 8 μηνών – πιθανώς εξαιτίας ανεπαρκούς κατανόησης των οδηγιών στην αγγλική γλώσσα. Όταν τελικά επέστρεψε ισχυρίστηκε ότι δεν είχε λόγο να επικοινωνήσει με τους ιατρούς καθώς αισθανόταν εντελώς καλά. Κατά την ακρόαση της καρδιάς, ο Δρ Frazier έκπληκτος διαπίστωσε ότι οι φυσιολογικοί καρδιακοί ήχοι ήταν απόντες και μόνο ένας ελαφρύς πτερυγισμός μπορούσε να γίνει ακουστός. Ακόμα και τα πιο ευαίσθητα όργανα δεν αναγνώριζαν ο,τιδήποτε θα ήταν δυνατό να θεωρηθεί ως καρδιακός παλμός, δηλώνοντας ότι η καρδιά του νεαρού άνδρα είχε πράγματι σταματήσει να λειτουργεί. Συνεπώς, παρόλο που η HeartMate II είχε σχεδιαστεί ώστε να συνεπικουρεί την αριστερή κοιλία κατά την προώθηση του αίματος, αποδείχθηκε ότι διέθετε δυνατότητες για να εκπληρώσει τις απαιτήσεις τόσο της μεγάλης όσο και της μικρής κυκλοφορίας του αίματος. Το 2008, η HeartMate II έτυχε της έγκρισης του FDA και από τότε αντλίες LVADsσυνεχούς ροής έχουν τοποθετηθεί σε περίπου 11.000 ασθενείς παγκοσμίως. Ωστόσο, περιπτώσεις που χαρακτηρίζονται από την απουσία καρδιακών παλμών είναι εξαιρετικά σπάνιες. Στην πλειοψηφία των ασθενών καταγράφεται μία κυκλική διακύμανση της πίεσης με κάθε παλμό. Αν και η διακύμανση αυτή αποκαλύπτεται μόνο με ειδικό ανιχνευτή που προσαρμόζεται σε ενδαρτηριακό καθετήρα, η ύπαρξή της είναι αναμφισβήτητη.
Αντλίες συνεχούς ροής αίματος: παροδική επιλογή ή μόνιμη λύση σε ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια
Μία από τις πλέον εντυπωσιακές συνέπειες της τοποθέτησης των αντλιών συνεχούς ροής αίματος είναι ότι φαίνεται να αναστρέφουν την εξέλιξη της καρδιακής ανεπάρκειας σε ορισμένες περιπτώσεις. Η επιδίωξη αυτή θεωρείται ανέφικτη με τις συμβατικές μεθόδους της Καρδιολογίας. Έως πριν από μερικά έτη, η καρδιακή βλάβη αναγνωριζόταν ως μόνιμη. Όμως, είναι πιθανό με τον περιορισμό του απαιτούμενο έργου από τη βιολογική καρδιά, οι LVADs να δίδουν τη δυνατότητα στο μυοκάρδιο να επανακάμψει ακόμα και μετά από σοβαρή βλάβη – όπως για παράδειγμα ύστερα από ένα εκτεταμένο έμφραγμα.
Ωστόσο, η κατάσταση πολλών ασθενών συνεχίζει να επιβαρύνεται παρά την τοποθέτηση της αντλίας. Για αυτούς τους ασθενείς υπάρχουν σήμερα δύο επιλογές: να ανευρεθεί το κατάλληλο μόσχευμα ή να συνδεθούν με μία συσκευή πλήρους υποκατάστασης της καρδιακής λειτουργίας. Προφανώς, η περίπτωση του νεαρού άνδρα από την Κεντρική Αμερική συνιστά την ιδανικότερη εξέλιξη, καθώς η HeartMate II αρκούσε για τη διατήρησή του στη ζωή. Βέβαια, παράλληλα τίθεται ένα ερώτημα, το οποίο η ιατρική κοινότητα δεν είχε χρειαστεί να απαντήσει στο παρελθόν. Για να θεωρηθεί ότι οι αντλίες συνεχούς ροής είναι δυνατό να επιτύχουν πλήρη υποκατάσταση της καρδιακής λειτουργίας πρέπει να αναγνωριστεί ότι η κατά παλμούς ροή του αίματος δεν είναι απαραίτητη. Οι παράμετροι που πρέπει να αξιολογηθούν είναι πολλές και επεκτείνονται πέρα από τη φυσιολογία της καρδιάς ως μεμονωμένου οργάνου του σώματος. Για παράδειγμα, τα λεμφαγγεία μεταφέρουν τη λέμφο χωρίς να διαθέτουν ειδικό μηχανισμό προώθησης. Αντίθετα, βρίσκονται σε γειτονία με τα αιμοφόρα αγγεία και υφίστανται ρυθμική εξωτερική πίεση καθώς το αίμα ρέει κατά παλμούς. Έτσι, η προώθηση της λέμφου αποτελεί μία παθητική διαδικασία, η οποία φαίνεται ότι εξαρτάται πλήρως από την κατά παλμούς ροή του αίματος. Παρόλα αυτά, ο Δρ Cohn – βασικός συνεργάτης του Δρος Frazier από το 2004 – αναφέρει ότι δεν υπάρχουν ενδείξεις που να συνηγορούν σχετικά με πιθανές αρνητικές επιπτώσεις της λειτουργίας αντλιών συνεχούς ροής στο λεμφικό σύστημα.
Τα στοιχεία αυτά προέρχονται από μεμονωμένες περιπτώσεις ασθενών, στους οποίους η αντλία επέτυχε πλήρη υποκατάσταση της καρδιακής λειτουργίας. Αν και αποτελούν τη μειοψηφία, έχουν προκαλέσει ιδιαίτερα το ενδιαφέρον των ερευνητών. Η Rahel Elmer Reger ήταν 36 ετών όταν υποβλήθηκε σε χειρουργική αντικατάσταση αορτικής βαλβίδας το 2009. Για άγνωστους λόγους, η καρδιά της ήταν αδύνατο να επαναλειτουργήσει και παρέμεινε σε εξωσωματική κυκλοφορία για 14 ώρες όσο βρισκόταν στο χειρουργείο. Τελικά, η ιατρική ομάδα αποφάσισε να μεταφερθεί στη Μονάδα Εντατικής Θεραπείας, όπου διατηρείτο εν ζωή συνδεδεμένη με δύο μεγάλες εξωτερικές αντλίες (Thoratec CentriMag) για την κυκλοφορία του αίματος. Όταν διαπιστώθηκε ο σχηματισμός επικίνδυνων θρόμβων, μία από τις επιπλοκές της εξωσωματικής κυκλοφορίας, οι ιατροί επέλεξαν να αποσυνδέσουν την ασθενή από τη μία αντλία και να εισάγουν μία συσκευή HeartMate II στον θώρακα. Χάρη στη θετική ανταπόκριση της ασθενούς, αποφασίσθηκε η αποσύνδεση και από τη δεύτερη αντλία. Η βιολογική καρδιά δεν λειτούργησε ποτέ, αλλά η HeartMate II αποδείχθηκε τόσο αποτελεσματική ώστε να εξασφαλίζει την αιματική κυκλοφορία χωρίς άλλη επικουρική συσκευή. Η Reger επέστρεψε στο σπίτι της, 72 ημέρες μετά την εισαγωγή της στο νοσοκομείο, χωρίς να παρουσιάζει καρδιακούς παλμούς. Ζει μία φυσιολογική ζωή χωρίς καμία ένδειξη ότι η καρδιά της έχει σταματήσει να λειτουργεί (πέρα από την απουσία καρδιακών παλμών) και περπατάει περίπου 3 χιλιόμετρα την ημέρα. Επομένως, η απουσία ροής του αίματος κατά παλμούς δεν συσχετίσθηκε με την εμφάνιση δυσλειτουργίας σε άλλα οργανικά συστήματα.
Θέτοντας ως στόχο την πλήρη υποκατάσταση της καρδιακής λειτουργίας
Οι Frazier και Cohn έθεσαν ως επόμενο στόχο τον σχεδιασμό μίας συσκευής, η οποία θα επιτυγχάνει με συνέπεια το αποτέλεσμα που παρουσιάσθηκε τυχαία σε λίγους ασθενείς μετά την τοποθέτηση της HeartMate II. Έτσι, αντί η σοβαρά επιβαρυμένη καρδιακή λειτουργία να συνεπικουρείται απλώς από συσκευές που - επιπλέον - συχνά ενοχοποιούνται για την εμφάνιση θρομβωτικών φαινομένων, οι δύο ερευνητές επιχείρησαν να υποκαταστήσουν πλήρως τη λειτουργία της αριστεράς και της δεξιάς κοιλίας με την τοποθέτηση ενός ζεύγους αντλιών HeartMate II.
Εξωτερικά, η πρότυπη συσκευή των Frazier και Cohn περιλαμβάνει δύο μεταλλικούς κυλίνδρους (σχήματος και μεγέθους μίας αλατιέρας), οι οποίοι συνδέονται με έναν μικρό σωλήνα. Σε κάθε ένα από τα τμήματα αυτά εφαρμόζονται οι αρχές του «κοχλία του Αρχιμήδη», με μαγνήτες τοποθετημένους στον άξονα του κοχλία και ένα ηλεκτρικό πηνίο στην κυλινδρική θήκη. Η διέλευση ηλεκτρικού φορτίου από το πηνίο θέτει τον άξονα σε κίνηση με εύρος 8 – 10 χιλιάδων περιστροφών το λεπτό. Ο άξονας περιστρέφεται σε συνθετικό ρουλεμάν, το οποίο λιπαίνεται από το αίμα. Επιπλέον, σε κάθε κύλινδρο βρίσκεται προσκολλημένο ένα κωνοειδές τμήμα που κατασκευάζεται από σπογγοειδές υλικό (Dacron polyester). Ο σχεδιασμός αυτών των κωνοειδών τμημάτων αποδείχθηκε ιδιαίτερα δύσκολος καθώς αποτελούν τα σημεία της συσκευής που συρράπτονται με τα τμήματα των κόλπων της καρδιάς κατά την τοποθέτηση της συσκευής. Συνεπώς, είναι σημαντικό το χρησιμοποιούμενο υλικό να συνδυάζει έναν αριθμό επιθυμητών χαρακτηριστικών. Η επαφή του υλικού με το αίμα δεν πρέπει να οδηγεί σε ανεπιθύμητα αποτελέσματα (π.χ. σχηματισμός θρόμβων). Η προκύπτουσα δομή των κωνοειδών τμημάτων είναι απαραίτητο να μην αποδιοργανώνεται προοδευτικά. Ακόμα, το χρησιμοποιούμενο υλικό πρέπει να επιτρέπει λεπτές ρυθμίσεις της μορφοποίησής του, ακόμα και σε εξαιρετικά περιορισμένο χώρο. Τέλος, αποτελεί ζητούμενο να εξασφαλίζει τη σταθερή συρραφή της συσκευής στη βιολογική καρδιά χωρίς οι οπές που προκύπτουν να επιφέρουν σταγονοειδή διαφυγή του αίματος.
Τον Μάρτιο του 2011, η συσκευή αυτή τοποθετήθηκε σε έναν ασθενή που έπασχε από σοβαρή αμυλοείδωση. Είχε προηγηθεί η τοποθέτησή της σε 38 πειραματόζωα. Η αμυλοείδωση είναι μία σχετικά σπάνια νόσος που επιφέρει την έκπτωση της λειτουργίας διαφόρων κρίσιμων οργάνων, συμπεριλαμβανομένης της καρδιάς. Η κατάσταση της υγείας του Craig Lewis, 55 ετών, ήταν ιδιαίτερα επιβαρυμένη εξαιτίας της αμυλοείδωσης όταν εισήχθη στο Καρδιολογικό Ινστιτούτο του Τέξας και οι ιατροί αποφάσισαν την εφαρμογή εξωσωματικής κυκλοφορίας, ενώ παράλληλα απαιτήθηκε και η τεχνητή υποστήριξη της νεφρικής λειτουργίας. Παρέμεινε σε αυτή την κατάσταση για 14 ημέρες, παρόλο που οι οδηγίες θέτουν τον χρονικό περιορισμό των 5 ημερών. Έτσι, η ιατρική ομάδα άρχισε να εξετάζει το ενδεχόμενο τοποθέτησης της συσκευής των Frazier και Cohn. Άλλωστε, ακόμα και αν ήταν δυνατό να βρεθεί κατάλληλο μόσχευμα, η νόσος θα το κατέστρεφε επίσης. Δύο ημέρες μετά την χειρουργική επέμβαση, ο Lewis ήταν σε θέσει να επικοινωνήσει με το περιβάλλον. Έζησε για ακόμα 5 εβδομάδες μέχρι που η σοβαρή ηπατική ανεπάρκεια (εξαιτίας της νόσου) επηρέασε την εγκεφαλική λειτουργία και οι συγγενείς του ασθενούς, ο οποίος βρισκόταν πλέον σε κωματώδη κατάσταση, ζήτησαν την αποσύνδεση της συσκευής. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια των 5 εβδομάδων προέκυψε ένα σημαντικό συμπέρασμα. Η λειτουργία δύο αντλιών συνεχούς ροής αίματος είναι δυνατό να υποκαταστήσει πλήρως τη βιολογική καρδιά.


Σήμερα, η ερευνητική ομάδα των Frazier και Cohn διεξάγει μελέτες σε πειραματόζωα με την τοποθέτηση ακόμα πιο βελτιωμένων μορφών της πρότυπης συσκευής. Σε αυτές, οι μαγνήτες βρίσκονται τοποθετημένοι στα πτερύγια και όχι στον άξονα του κοχλία με αποτέλεσμα αυτός να περιστρέφεται πιο ομοιόμορφα. Ακόμα, φέρουν ρουλεμάν που έχει κατασκευαστεί από πυρίτιο και καρβίδιο με σκοπό να περιορισθεί περαιτέρω ο κίνδυνος σχηματισμού θρόμβων. Οι βελτιώσεις αυτές έχουν γίνει από ερευνητές στη MicroMed, την εταιρία που ορισμένοι παλαιοί συνεργάτες επιχείρησαν να ανασυστήσουν. Προφανώς, το κρίσιμο ερώτημα αφορά τον χρόνο που απαιτείται έως την έναρξη κλινικών μελετών σε ανθρώπους. Ο Δρ Cohn επισημαίνει ότι πρέπει ακόμα να πραγματοποιηθεί σημαντικό ερευνητικό έργο μέχρι εκείνη τη στιγμή. Άλλωστε, έχουν ήδη δρομολογηθεί ορισμένες κρίσιμες τεχνολογικές βελτιώσεις. Για παράδειγμα, θεωρείται απαραίτητο να ενσωματωθούν οι δύο μεμονωμένες αντλίες σε μία ενοποιημένη μονάδα. Επίσης, επιχειρείται η απεξάρτηση της συσκευής από εξωτερικές μπαταρίες και η εμφύτευση στη συνδεσμολογία μίας πηγής πλουτωνίου για την τροφοδοσία της αντλίας. Η χρήση της πηγής πλουτωνίου μπορεί να φαίνεται επικίνδυνη, αλλά υπάρχουν στοιχεία από σχετικές εφαρμογές σε βηματοδότες ήδη από τη δεκαετία του 70΄. Προφανώς, η βασική ένσταση σχετίζεται με την πιθανή αύξηση της επίπτωσης κακοήθων νεοπλασιών, η οποία – όμως – δεν επιβεβαιώνεται βάσει των δεδομένων χιλιάδων ασθενών για περίπου μία εικοσαετία. Παρόλα αυτά, ο Δρ Frazier θεωρεί ότι η χρήση της πηγής πλουτωνίου αυξάνει τον όγκο της αντλίας και την καθιστά ιδιαίτερα ακριβή. Για αυτόν τον λόγο μάλλον τελικά θα αναζητηθούν εναλλακτικές επιλογές με την αξιοποίηση των επιτευγμάτων σχετικών κλάδων της τεχνολογίας. Το ενδιαφέρον των Frazier και Cohn έχουν κερδίσει μοντέλα μπαταριών που μιμούνται το φυσικό πρότυπο ενεργειακής παροχής του οργανισμού, με χρήση του οξυγόνου και της γλυκόζης. Ο Δρ Cohn προβλέπει ότι θα απαιτηθεί περίπου μία δεκαετία μέχρι να δοθεί η έγκριση για τη δοκιμή των συσκευών σε ανθρώπους. Πλέον, όμως, η θεωρητική βάση των αντλιών συνεχούς ροής του αίματος είναι δεδομένη.


Με στόχο τη υλοποίηση αυτού του προγράμματος, η ερευνητική ομάδα στο Καρδιολογικό Ινστιτούτο του Τέξας συνεπικουρείται από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας των ΗΠΑ, μηχανικούς της NASA και επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Houston and του Rice University. Παραπλήσια προγράμματα για την ανάπτυξη συσκευών, οι οποίες όμως εξασφαλίζουν την κατά παλμούς ροή του αίματος, εξακολουθούν να χρηματοδοτούνται από διάφορες άλλες εταιρίες ιατρικής τεχνολογίας. Ωστόσο, οι Frazier και Cohn θεωρούν ότι όλα τελικά θα καταλήξουν σε πτωχότερα αποτελέσματα καθώς οι αντλίες συνεχούς ροής είναι δυνατό να εξασφαλίσουν τη μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας και – παράλληλα – πλεονεκτούν αναφορικά με την πρόκληση της μικρότερης συχνότητας επιπλοκών.



Ζώντας χωρίς καρδιακούς παλμούς
Η καθιέρωση των αντλιών συνεχούς ροής αίματος προϋποθέτει την υπέρβαση της παγιωμένης αντίληψης που αναγνωρίζει την ύπαρξη σφυγμού ως βασική ένδειξη της ζωής. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, κατά την παροχή των πρώτων βοηθειών, μία από τις πρώτες ενέργειες του διασώστη είναι η αναζήτηση του καρωτιδικού σφυγμού. Σε όλους τους ζωικούς οργανισμούς, η κατά παλμούς κυκλοφορία του αίματος αποτελεί κοινό χαρακτηριστικό. Όμως, βάσει των υπαρχόντων στοιχείων, οι ερευνητές στο Καρδιολογικό Ινστιτούτο του Τέξας πιστεύουν ότι η αναγκαιότητα της κατά παλμούς ροής του αίματος πιθανώς να αφορά αποκλειστικά το ίδιο το μυοκάρδιο. Συγκεκριμένα, η κατά παλμούς ροή επιτρέπει την παροχή ενέργειας και την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών από τα μυοκαρδιακά κύτταρα μεταξύ των διαδοχικών καρδιακών συστολών. Εάν αρθεί η απαίτηση για την κάλυψη των μεταβολικών αναγκών του μυοκαρδίου (όπως αναπόφευκτα προκύπτει με την παύση της καρδιακής λειτουργίας), δεν φαίνεται η εγκατάσταση της συνεχούς ροής να επηρεάζει αρνητικά τη λειτουργία άλλων οργάνων ή συστημάτων. Φυσιολογικά, όταν ένα άτομο αρχίζει να τρέχει, οι καρδιακοί παλμοί αυξάνονται προοδευτικά για να ενισχυθεί η ροή του αίματος προς τους μύες και τους πνεύμονες. Η πρότυπη συσκευή των Frazier καιCohn ανταποκρίνεται με τον ίδιο τρόπο ώστε να διατεθεί η απαραίτητη ενέργεια στο μυϊκό σύστημα και να ικανοποιηθεί ο εντονότερος ρυθμός οξυγόνωσης του αίματος. Δηλαδή, με τη μεταβολή των συνθηκών, εάν η ποσότητα του αίματος που φθάνει στην αντλία είναι μεγαλύτερη (όπως συμβαίνει κατά την άσκηση), αυξάνεται αντίστοιχα η ροή από την αντλία προς την περιφέρεια και τους πνεύμονες. Συνεπώς, φαίνεται ότι η πρότυπη συσκευή τωνFrazier και Cohn αποτελεί μία πλήρως λειτουργική τεχνητή καρδιά, η οποία είναι αρκετά πιθανό να συμβάλει στην επιβίωση ασθενών με σοβαρές μορφές καρδιακής ανεπάρκειας εφόσον εκπληρωθούν οι επιδιώξεις των ερευνητών.
Αφού η τεχνητή καρδιά συνεχούς ροής φαίνεται να είναι τόσο αποτελεσματική και ανθεκτική στην επίπτωση του χρόνου, προκύπτει το ερώτημα εάν μία μελλοντική μορφή της θα μπορούσε να συγκεντρώνει περισσότερα πλεονεκτήματα ακόμα και σε σύγκριση με τη βιολογική καρδιά. Άλλωστε, η λογοτεχνία της επιστημονικής φαντασίας περιλαμβάνει πλήθος ηρώων με βιονικά χαρακτηριστικά, οι οποίοι φέρουν τεχνητά τμήματα που τους καθιστούν ισχυρότερους από τον κοινό άνθρωπο. Το ερώτημα αυτό έχει τεθεί και στους δύο κύριους ερευνητές του Καρδιολογικού Ινστιτούτου του Τέξας. Ο Δρ Cohn απαντάει ότι κανείς δεν μπορεί να προβλέψει τον τρόπο που θα εξελιχθούν αυτές οι εφαρμογές. Αντίθετα, ο Δρ Frazier, πιο διστακτικός, αναγνωρίζει την προτεραιότητα των εξελικτικών μηχανισμών, οι οποίοι με την πάροδο εκατομμυρίων ετών έχουν διαμορφώσει τα βιολογικά συστήματα. Πάντως, η επιτυχής έκβαση των μελετών των δύο ερευνητών θα αποτελέσει καθοριστικό βήμα για την αποτροπή των θανάτων που αποδίδονται σε σοβαρές μορφές καρδιακής ανεπάρκειας. Μόνο στις ΗΠΑ, οι περιπτώσεις αυτές ανέρχονται σε περισσότερες των 300 χιλιάδων ανά έτος. Αναμφισβήτητα, λοιπόν, η διαθεσιμότητας μίας τέτοιας συσκευής τις επόμενες δεκαετίες αναμένεται να μεταβάλει με δραστικό τρόπο την άσκηση τόσο της Καρδιολογίας όσο και της Καρδιοχειρουργικής.

Αρχείο Αναρτήσεων