مهم ترین و حیاتی ترین عضو بدن قلب است . قلب مانند موتور بدن است که نیروز لازم برای فعالیت دیگر اعضا را فراهم می کند. قلب روزانه 6000 لیتر خون را در بدن پمپ می کند. این قابلیت است که این عضو را از یک عضله عادی متمایز می کند. اما قلب مصنوعی چیست ؟ عملکرد آن چگونه است ؟
اولین قلب مصنوعی
در سال ۱۹۸۲، نمونه اولیه ای از یک قلب مصنوعی توسط Paul Winchel طراحی شد. اما استفاده از آن در بدن یک انسان کاری مخاطره آمیز به نظر می رسید. در نهایت جراح متبحری به نام دکتر William Devries از دانشگاه Utah آمریکا تصمیم به انجام این پیوند گرفت. او این دستگاه را Jarvik-۷ نامید. این نخستین ماشینی بود که می توانست به طور دائم جایگزین قلب شود. بیمار دریافت کننده پیوند، دندانپزشکی ۶۱ ساله به نام Barney Clark بود. شانس زندگی او در صورت عدم دریافت پیوند، کمتر از سی روز پیش بینی می شد. جراحی با موففیت انجام شد و کلارک ۱۱۲ روز زنده ماند.
یکی از ویژگی های Jervik-۷ ، به کارگیری نوعی فلز مخصوص در حفرات داخلی آن بود. خون در برخورد با این نوع فلز منعقد شده و لایه ای در داخل حفرات تشکیل می داد. این امر سبب تسهیل حرکت خون در قلب می شد.
عملکرد Jarvik-۷همانند پمپ هوا طراحی شده بود و برخلاف مدل پیشرفته امروزی، لازم بود چندین رشته سیم از بدن بیمار بیرون آمده و به منبع نغذیه خارجی متصل شود. طبیعی ترین پیامد این طراحی، بروز عفونت های متعدد در محل عبور سیم ها از پوست بود. پیش از توقف تولیدJarvik-۷ ، از آن در چندین بیمار دیگر نیز استفاده شد. اما به علت بروز مشکلات فنی نظیر خطاهای مکانیکی و حجم بسیار بزرگ دستگاه، تولید آن متوقف شد.
قلبی مدرن
دو کشف اساسی در تولید قلب های مصنوعی مدرن نقشی کلیدی به عهده داشتند. مورد اول تولید پوریه ضد انعقاد است که در لایه بیرونی قلب مصنوعی استفاده می شود و احتمال پس زده شدن آن را از سوی سیستم ایمنی و بافت های اطراف به حداقل می رساند. کشف مهم دیگر، اختراع سیستم منبع تغذیه قابل کاشت درون بدن است که هیچ گونه حرارتی در بافت های اطراف خود ایجاد نمی کند. این دو کشف از ابداعات فردی به نام Hiroaki Harusaki است.
این دو ویژگی به همراه دهها تکنولوژی دیگر در قالب یک مدل قلب مصنوعی با نام AbioCor ارائه شده است. این مدل در سال ۲۰۰۱ برای نخستین بار به کار گرفته شد و در سال ۲۰۰۴ با رسیدن به حد نصاب های لازم، مجوز FDA را دریافت کرد. ۸۶ درصد از بیماران دریافت کننده AbioCor بیش از یک سال و ۶۴ درصد بیش از ۵ سال شانس زندگی یافتند.
نحوه عملکرد قلب مصنوعی
قلب انسان به طور میانگین خون را با نرخ ۶۰ تا ۱۰۰ بار در دقیقه پمپاژ می کند. قلب در دو مرحله عمل می کند:
۱) در مرحله اول، دهلیزهای راست و چپ به طور همزمان منقبض شده و خون را به خارج از قلب می فرستند.
۲) بطن ها منقبض شده و خون را به ریه ها و سایر نقاط بدن هدایت می کنند.
پس از آن عضلات قلب تا تپش بعدی استراحت می کنند. در این فاصله قلب مجدداً از خون پر می شود.
در بیمارانی که از قلب مصنوعی جدید استفاده می کنند، قلب مصنوعی جایگزین بطن ها شده و دهلیز ها هنوز در جای خود باقی مانده اند. بنابراین در مرحله اول از فرآیند پمپاژ خون، همچنان دهلیز های قلب طبیعی به طور همزمان منقبض شده و خون را به خارج از قلب می فرستند. اما مرحله دوم متفاوت از قلب طبیعی انجام می شود. از آنجا که نحوه طراحی قلب مصنوعی به صورتی است که در هر لحظه خون را تنها به یکی از دو بطن می فرستد، ابتدا خون به ریه ها فرستاده شده و سپس به سایر نقاط بدن پمپ می شود. قلب مصنوعی قادر است خون را با نرخ ده لیتر در دقیقه پمپ کند که برای فعالیت های روزانه کافیست.
اجزای قلب مصنوعی
قلب مصنوعی AbioCor از جنس تیتانیوم و پلاستیک بوده و چهار بخش زیر را به هم متصل می کند:
▪ دهلیز راست
▪ دهلیز چپ
▪ آئورت
▪ شریان ریوی
مکانیسم عملکرد دستگاه بسیار شبیه به یک پمپ هیدرولیک است. در این نوع از پمپ ها، مایع هیدرولیک فشار را از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌کند. برای درک بهتر عملکرد قلب مصنوعی، نحوه کار اجزای مختلف آن را بررسی می کنیم:
۱) پمپ هیدرولیک:
عملکرد این قطعه همانند پمپ هیدرولیک صنعتی است. نوعی ماده غیر قابل فشرده سازی در این پمپ جریان دارد که نیروی اعمال شده را از یک نقطه به نقطه دیگر می فرستد.
۲) دریچه ورودی:
این دریچه برای جریان یافتن مایع هیدرولیک از یک قسمت به قسمت دیگر، باز و بسته می شود. هنگامی که مایع به سمت راست حرکت می کند، خون از درون بطن مصنوعی به ریه ها پمپ می‌شود و هنگامی که مایع به سمت چپ می رود، خون به سایر نقاط بدن فرستاده می‌شود.
۳) سیستم انتقال انرژی به صورت بی سیم:
این سیستم به نام Transcutaneus Energy Transfer (انتقال انرژی از درون پوست) خوانده می شود. اجزای تشکیل دهنده آن دو سیم پیچ داخلی و خارجی هستند. این دو سیم پیچ انرژی را از یک باتری خارجی گرفته و از طریق القای الکترومغناطیسی آنرا به باتری داخلی و واحد کنترل می فرستند.
۴) باتری داخلی:
یک باتری قابل شارژ است که در داخل شکم بیمار ایمپلنت می شود. باتری داخلی ۳۰ تا ۴۰ دقیقه وقت در اختیار بیمار قرار می دهد تا بتواند فعالیت هایی نظیر حمام کردن را که در طی آنها مجبور به جدا کردن باتری خارجی است، انجام بدهد.
۵) باتری خارجی:
این باتری روی یک کمربند قرار گرفته و به دور کمر بیمار بسته می شود. قابل شارژ بوده و ۴ تا ۵ ساعت کار می‌کند.
۶) واحد کنترل:
این ابزار الکترونیکی کوچک در جداره شکم بیمار کار گذاشته می شود و به کنترل نحوه پمپاژ قلب و ریتم قلبی اختصاص دارد.
وزن کلی دستگاه در حدود ۲ پوند (۰.۹ کیلوگرم) است.
مراحل جراحی
پیوند قلب مصنوعی، جراحی بسیار ظریفی است. نه تنها جراح باید دو بطن راست و چپ را از قلب بیمار جدا کند، بلکه باید یک شیء خارجی را در قفسه سینه کار بگذارد. در طی جراحی بیمار موقتاً به پمپ مصنوعی قلب و ریه متصل می شود تا قلب از تپش ایستاده و جراحی میسر شود. قلب مصنوعی به وسیله صدها بخیه به دهلیزهای قلب طبیعی وصل شده و جراح برای پوشاندن بخیه ها از یک لایه بافت مصنوعی استفاده می کند. تعداد پرسنل حاضر در پیوند قلب مصنوعی معمولاً بسیار زیاد است. علاوه بر دو جراح زبده و دستیارانشان، چندین متخصص و تیم پرستاری به کنترل شرایط می پردازند.
مراحل به این شرح هستند:
۱)جایگذاری سیم پیچ داخلی در شکم
۲) باز کردن جناغ سینه و اتصال دستگاه پمپ قلب و ریه (در این مرحله قلب از تپش ایستاده و خون بیمار از طریق دستگاه پمپ می شود).
۳)جداسازی بطن های قلب طبیعی( دهلیزها جدا نمی شوند).
۴) استفاده از یک مدل پلاستیکی برای تعیین محل دقیق قرارگیری قلب مصنوعی
۵) بریدن بافت های مصنوعی در اندازه های مطلوب و بخیه زدن آنها به آئورت و شریان ریوی
۶) قلب مصنوعی وارد قفسه سینه شده و اتصالات آن با شریان ریوی، آئورت، و دهلیز های راست و چپ برقرار می شود.
۷) تخلیه کامل هوای داخل دستگاه
۸) جداسازی بیمار از پمپ قلب و ریه
۹) حصول اطمینان از صحت عملکرد قلب
۱۰) بستن قفسه سینه
شرایط دریافت پیوند
کاندیداهای دریافت قلب مصنوعی معمولاً “بیمارترین بیماران” هستند. یعنی در شدیدترین حالت ناراحتی قلبی به سر می برند. پیوند قلب مصنوعی تنها هنگامی انجام می شود که کاندیدای پیوند حائز تمامی شروط زیر باشد:
▪ در حادترین مرحله بیماری قلبی باشد.
▪ امید به زندگی در وی کمتر از ۳۰ روز برآورد شده باشد.
▪ هیچ امکانی برای دریافت قلب طبیعی وجود نداشته باشد.
▪ هیچ راه درمانی جایگزینی در دسترس نباشد.
▪ سایز قفسه سینه بیمار با ابعاد قلب مصنوعی همخوانی داشته باشد. این شرط از طریق عکس برداری CAT Scan و X-Ray بررسی می شود. عکس‌های بدست آمده با استفاده از یک برنامه کامپیوتری به نام CAD برای نوعی اندازه‌گیری مجازی، بازسازی می شوند.۲ این نرم افزار قلب طبیعی را به صورت مجازی حذف کرده و AbioCor را مجازاً در قفسه سینه قرار می دهد و در صورت همخوانی ابعاد، اجازه پیوند داده می شود.
امید به آینده
در جولای ۲۰۰۶، قلب مصنوعی در بدن یک دختر ۱۵ ساله کانادایی ایمپلنت شد.۳گرچه معمولاً در هنگام پیوند قلب مصنوعی، قلب طبیعی (بطن ها) از بدن خارج می شود، در این دختر قلب طبیعی حفظ شده و قلب مصنوعی به طور موقت و تا زمان پیدا شدن یک قلب اهدایی استفاده شد. اما نتیجه نهایی بسیار شگفت انگیز بود. قلب مصنوعی به تقویت قلب خود بیمار کمک کرد و بعد از ۱۴۶ روز از بدنش خارج شد. در نهایت قلب این دختر عملکرد خود را از سر گرفت.
اما نگاهی واقع بینانه به مدل های کنونی، اشکالاتی را نمایان می کند. هنوز هم مشکل بزرگی سایز و کوتاهی طول عمر باقی است. به علاوه ، به علت اینکه این دستگاه ها باید به روش پمپاژ عمل کنند، حرکت در اجزای آنها زیاد بوده و به تجهیزات مکانیکی نسبتاً بزرگی نیاز دارند. پژوهشگران به قلب هایی می اندیشند که جریان خون را به صورت پیوسته برقرار کرده و عملکردی روتوری داشته باشند. این قلب های روتوری، بسیار کوچک بوده و به علت جریان همیشگی خون در آنها، فاقد نبض خواهند بود. اما هنوز مشخص نیست که جریان خون پیوسته چه تاثیری بر بافت های موجودات زنده خواهد داشت. مطالعات انجام شده روی حیوانات حاکی از یکسان بودن نتایج جریان خون بدون نبض و جریان خون پمپاژی است. به هر ترتیب، تا زمانی که این مدل در یک داوطلب انسانی به کار گرفته نشود، نمی توان از صحت نتایج آن مطمئن بود. به هر روی، پیشرفت تکنولوژی قلب مصنوعی آنچه را که زمانی محال به نظر می رسید میسر کرده است.
