https://frosthead.com

Hulp voor de gebroken harten: draagbare, biosynthetische en 'Beatless' kunstmatige harten

Jilted valentines kunnen zeggen dat er geen remedie is voor een gebroken hart. Maar er is hulp onderweg voor diegenen met een hartkwaal, dankzij een innovatieve reeks technologieën die op een dag de miljoenen mensen ten goede zou kunnen komen die lijden aan hartfalen.

gerelateerde inhoud

  • Denk aan Barney Clark, wiens ethisch twijfelachtige harttransplantatie geavanceerde wetenschap is
  • Boze tweets helpen Twitter het risico op hartziekten te detecteren

Het hart gebruikt vier kamers om bloed door het lichaam te pompen: een atrium en een ventrikel aan elke kant. Nadat bloed is verrijkt met zuurstof in de longen, wordt het naar het linker atrium en door de linker hartkamer gestuurd, zodat het door het lichaam kan worden gepompt. Zuurstofarm bloed keert terug naar het rechteratrium van het hart, beweegt vervolgens naar de rechter hartkamer en wordt terug in de longen gepompt.

De meeste harttransplantatiepatiënten zijn meerdere keren in het ziekenhuis opgenomen voor ernstig hartfalen omdat een of beide zijden van hun hart niet goed werken. Dat wordt meestal veroorzaakt door schade aan hartspieren of de kleppen van de kamers, hart- en vaatziekten, erfelijke aandoeningen of virale infecties.

"Wearable" hartmachines

Jarvik Heart Het Jarvik-7 kunsthart was gemaakt van polyurethaan en elke kamer was ongeveer zo groot als een vuist. (Bettmann / CORBIS)

In de VS komen elk jaar slechts 2.000 tot 2.500 donorharten beschikbaar, wat betekent dat duizenden ernstig zieke patiënten maanden of zelfs jaren op een transplantatie moeten wachten - als ze zo lang kunnen overleven. Het SynCardia Total Artificial Heart, erfgenaam van technologie die wordt gebruikt in de beroemde Jarvik-apparaten van de jaren 1980, is verreweg het meest gebruikte kunstmatige hart, met meer dan 1.350 succesvolle implantaten sinds het is goedgekeurd voor gebruik. Het fungeert als een cruciale brug, waardoor patiënten met biventriculair hartfalen in het eindstadium kunnen overleven totdat een menselijke transplantatie beschikbaar komt.

Tot voor kort waren veel mensen die het SynCardia-apparaat gebruikten echter beperkt tot het ziekenhuis, omdat de motoren en elektronica van het hart buiten het lichaam zijn ondergebracht in een groot, zwaar stuurprogramma. De driver maakt verbinding met het kunstmatige hart met twee buizen en creëert een kunstmatige hartslag door "ballonnen" te vullen in de kunstmatige ventrikels van het apparaat. Dat duwt bloed in de bloedsomloop met een snelheid van 2, 5 gallons per minuut. Het systeem vereenvoudigt de bewegende delen in het kunstmatige hart zelf, wat voor een deel verantwoordelijk is voor het extreem lage uitvalpercentage van minder dan één procent.

Maar de verminderde kwaliteit van leven voor patiënten die vastzitten in een ziekenhuiskamer kan zijn tol eisen. Dus na vier jaar testen keurde de FDA de draagbare Freedom-driver in juli 2014 goed. In gebruik in Europa sinds 2010, stelt dit apparaat patiënten in staat de ziekenhuisbestuurders ter grootte van een vaatwasser te vervangen door een kleinere eenheid die slechts 13, 5 pond weegt. Het kan in een rugzak worden gedragen of in een rollende caddy of rollator worden gereden. Het apparaat werkt op lithium-ionbatterijen en kan worden opgeladen door het aan te sluiten op een standaard stopcontact of autolader, zodat patiënten naar huis kunnen terugkeren en een relatief normaal leven kunnen leiden in afwachting van transplantaties.

Hoeveel kan het apparaat een ontvanger van een kunsthart helpen? Overweeg het geval van Randy Shepherd: als tiener was zijn hart beschadigd door reumatische koorts en konden de twee ventrikels niet langer genoeg bloed pompen om hem in leven te houden. Shepherd ontving een SynCardia-hart in juni 2013. Minder dan een jaar later gebruikte Shepherd zijn Freedom-eenheid om een ​​wandeling van 4, 2 mijl te voltooien als deelnemer in Pat's Run in de buurt van Phoenix, Arizona.

"Hoewel ik me niet noodzakelijkerwijs inspirerend voel, voel ik [dat] mensen laten zien wat mogelijk is, belangrijk, dat het leven niet eindigt met een slechte medische diagnose, " schreef hij kort na het evenement in een Reddit Ask Me Anything. Shepherd, bekend als de "Tin Man", ontving in oktober 2014 een donorharttransplantatie na 15 maanden met zijn kunsthart te hebben geleefd. Hij speculeert dat de fysieke activiteit die hij met de Freedom-eenheid kon hebben genoten, zijn kansen op een succesvol herstel.

Deels machine, deels koe

Een CARMAT kunsthart. Een CARMAT kunsthart. (CARMAT)

Voor de meeste patiënten is een SynCardia-hart een tussenstop totdat een donorhitte beschikbaar is. Het meer uitdagende doel is om een ​​permanente oplossing te ontwerpen.

In Frankrijk gebruiken onderzoekers daarvoor een combinatie van kunstmatige en biologische componenten. Het CARMAT kunsthart bestaat uit twee kamers die door een membraan in tweeën zijn gedeeld. Aan de ene kant bevindt zich een pompsysteem van motoren en vloeistoffen, die het membraan verplaatsen om bloed van de andere kant naar de bloedsomloop te persen. Sensoren en micro-elektronische bedieningselementen bewaken de druk en passen de stroomsnelheid aan aan de activiteit van een patiënt, zodat de hartslag bijvoorbeeld geschikt is voor oefeningen.

Het membraanoppervlak tegenover het pompsysteem is gemaakt van polyurethaan, terwijl de keerzijde in contact met menselijk bloed is opgebouwd uit weefsels van koeienharten. De kunstmatige kleppen van het hart zijn ook gemaakt van koeienweefsel en ontwerpers hopen dat deze chemisch gesteriliseerde biologische materialen problemen zullen verlichten die door kunstmatige harten zijn geplaagd. De onverenigbaarheid van het lichaam met synthetische materialen kan bijvoorbeeld rode bloedcellen vernietigen of stolling veroorzaken.

De eerste ontvanger van het CARMAT-hart, een terminaal zieke 76-jarige man, ontving het implantaat in december 2013 en stierf in maart van het volgende jaar. De tweede patiënt met het apparaat verliet het Universitair Ziekenhuis van Nantes op 19 januari, gewapend met een lichte, draagbare externe batterijvoeding. De man ontving het hart afgelopen zomer als onderdeel van een klinische proef.

"Onze grootste beloning is de vreugde van de patiënt om niet alleen een activiteitsniveau terug te vorderen dat slechts enkele maanden geleden ondenkbaar was dankzij de bioprothese, maar nog belangrijker om een ​​echt leven thuis te kunnen leiden met familie en vrienden, " Chief CARMAT directeur Marcello Conviti zei in een persverklaring.

Leven zonder hartslag

Naast de risico's van biologische afwijzing, is een groot probleem voor kunstmatige hartontwerpers het matchen van de ongelooflijke duurzaamheid van het ontwerp van Moeder Natuur. Een gezond menselijk hart moet zo'n 35 miljoen keer per jaar pompen, een ongelooflijke werklast die ingenieurs met elk apparaat moeilijk kunnen verwerken.

Onderzoekers van het Texas Heart Institute pakken dat probleem aan met een eind rond het probleem - het creëren van een hart dat helemaal niet klopt, maar in plaats daarvan zorgt voor een continue bloedstroom. Hun BiVACOR totaal kunsthartconcept heeft een bewezen geschiedenis achter de rug. Wanneer beide zijden van een hart falen, wordt een transplantatie noodzakelijk. Maar als slechts één kant niet goed pompt, kan het hart worden behandeld met stromingbevorderende implantaten. Left Ventricular Assist Devices (LVAD's) zijn implantaten met een continue stroom die noodlijdende harten stimuleren met een constant draaiende waaier die bloed door het lichaam duwt - soms de meeste of bijna alle pompende output van het menselijk hart overnemen. Meer dan 20.000 mensen dragen momenteel deze turbineachtige harthelpers.

Om deze technologie uit te breiden tot vervanging van het hele hart, hebben onderzoekers een apparaat ontworpen met slechts één bewegend onderdeel: een rotor met twee bladen die in een kleine titaniumkamer draait. Een kleiner mes dwingt bloed door de rechter kamer naar de longen, terwijl een groter mes het uit de linker kamer naar de bloedsomloop en door het lichaam verplaatst. De rotor hangt aan magnetische velden, wat de slijtage verder vermindert door wrijving te elimineren. MAGLEV-technologie regelt de rotatie van de bladen om overeen te komen met het activiteitenniveau van de gebruiker.

Het BiVACOR-hart is een van de weinige opties die klein genoeg zijn om bij een kind te worden geïmplanteerd, een belangrijke vooruitgang ten opzichte van andere kunstmatige inspanningen die zelfs voor kleinere volwassenen te omvangrijk kunnen zijn. Zoals tot nu toe alle kunstmatige harttechnologieën heeft het systeem mogelijke nadelen. Het vervangen van de natuurlijke pomp door een propeller onderwerpt het bloed aan een beetje schuimvorming dat interne bloedingen, beroertes of andere complicaties kan bevorderen. Maar het concept heeft minstens één vroeg succesverhaal.

Een vorige versie van BiVACOR werd geïmplanteerd in een terminaal zieke patiënt, Craig Lewis, in het Texas Heart Institute in maart 2011. Lewis leefde zes weken voordat hij stierf aan lever- en nierfalen gerelateerd aan zijn hartaandoening, die zo verschrikkelijk was dat er geen stroom behandeling zou een langere levensduur hebben opgeleverd. Maar hij bewees dat het mogelijk was om langer te overleven dan mogelijk was met alleen het zachte zoemende geluid van een propeller in zijn borst.

Hulp voor de gebroken harten: draagbare, biosynthetische en 'Beatless' kunstmatige harten