Semmi nem mutatja meg olyan szemléletesen, hogy milyen tökéletes konstrukció a szív, mint az, hogy még mindig messze vagyunk a kifogástalanul működő mesterséges szív megalkotásától. De történnek reményre okot adó próbálkozások, írja Sian E. Harding, a londoni Imperial College cardiovascularis tudománnyal és cardialis regenerációval foglalkozó központjának vezetője. A kiváló gép – A szív új tudománya címmel megjelent könyvből annak kiadója, az MIT Press közölt honlapján részleteket.

Mint Harding bemutatja, a műszív történetét egyszerre jellemzi ragyogó innováció és folyamatos klinikai kudarc. 1962-ben John F. Kennedy kihívást intézett a tudományos közösséghez, hogy az évtized végére ember jusson a Holdra, és biztonságban vissza is térjen a Földre. 1964-ben Michael DeBakey amerikai szív- és érrendszeri sebész Lyndon B. Johnson elnököt győzte meg, hogy finanszírozza az önálló műszív kifejlesztésére irányuló programot, amivel versenyfutást indított el, hogy a műszív még a Holdra szállás előtt elkészüljön. 1969-ben látszólag mindkét célt sikerült elérni: mindössze három hónappal az Apollo-11 indítása előtt a Texasi Szívintézet beültette az első műszívet. Míg azonban a holdra szállásnak köszönhetően létrejött a Space Shuttle, a Marsjáró és a Nemzetközi Űrállomás, addig a megbízható, készen kapható műszív még mindig elérhetetlen.

Kezdetben a mesterséges szívet úgy szerették volna megtervezni, hogy az a beteg egész életén át helyettesíthesse a meghibásodott szervet, folytatja történeti bemutatását Harding. Ez magasra tette a lécet, mivel az első dizájnban külső kompresszor szerepelt, ami a bőrön keresztül a páciens testébe vezetett légvezetékkel volt ellátva. Sűrített levegő fújta fel és eresztette le a zsákokat, amelyek összecsukódva és kitágulva az őket körülvevő zsákból szorították ki a levegőt. Bár hasznos volt, hogy a kompresszort a testen kívül helyezték el, mivel így a leginkább kopásérzékeny mechanikus alkatrészeket könnyen ki lehetett cserélni, a berendezés, amit együtt kellett szállítani a beteggel, igencsak méretes volt.

A műszív története a szívátültetés történetével is összefonódik, árnyalja a képet a kardiológus szerző. Az 1960-as évek elején még ez is csak egy reményteli álom volt, de 1967-ben Christiaan Barnard dél-afrikai szívsebész elvégezte az első sikeres szívtranszplantációt. Így a mesterséges szívvel kapcsolatos cél megváltozott: már nem azt remélték tőle, hogy a beteg egész további életét lehetővé tegye, hanem hogy életben tartsa addig, amíg sikerül transzplantációs donort találni. Mint a kísérleti terápiáknál általában, az első műszívbeültetést is egy olyan betegnél végezték el, akinél már elfogytak a lehetőségek. A 47 éves férfi azért kapta a műszívet, mert hatalmas balkamra-aneurysmája elvékonyította a szívfalát és felduzzasztotta a szívét. A férfit eredetileg szív-tüdőgéppel támogatták, ami a szívet megkerülve áramlásban tartotta a vért a szervezetben; mivel azonban a szíve túl gyenge volt, nem lehetett őt leválasztani a gépről. Nagyon nagy szüksége volt transzplantációra. Denton Cooley, DeBakey munkatársa felajánlotta neki a kísérleti műszívet, és ő elfogadta. Az új eszközzel 64 órán át stabilan tartották, majd mivel megfelelő donorszívet találtak, azt beültették, azonban a beteg szepszis következtében – és mivel az eszköz megrongálta a vörösvértesteket és a vesét – 32 órával később elhunyt.

A fertőzések és a szepszis azóta is minden olyan eszköz esetében folyamatos kihívást jelentenek, amelynél egy vezetéknek át kell haladnia a bőrön. A vért mozgató eszközök megváltoztatják annak összetételét, és az idegen felületek vérrögképződést és stroke-ot okoznak. Az első Jarvik-szívet, a következő iterációk egyikét öt betegbe ültették be, és egyikőjük 620 napig élt. Két betegnél azonban súlyos stroke lépett fel, és végül mindannyian vagy szepszisben vagy vérrögképződés miatt haltak meg.

A szívátültetés is nehezen indult. Barnard első betege mindössze 18 nap után meghalt, mivel az immunszuppresszánsok ekkor még nem voltak elég kifinomultak. A ciklosporin kifejlesztése az 1980-as évek elején hozott forradalmi változást: drámaian javította a szívátültetés sikerét. Mivel azóta 3-4 nagyságrenddel többen várnak szívátültetésre, mint amennyi donorszív rendelkezésre áll, tovább folynak a műszívvel és az egyéb, várakozási időt áthidaló megoldásokkal kapcsolatos próbálkozások. 2022-ben emberbe ültették az első genetikailag módosított disznószívet, és sokat javult a műszív-technológia is: a felhasznált anyagok biokompatibilisebbek, jobb a billentyűdizájn és hatékonyabb a véráramlás kezelése. Jack Copeland és munkatársainak tanulmánya szerint a műszíves betegek 80 százaléka több mint egy évig, néhányan 6 évig is élnek. A leghosszabb idő, amíg egy beteget műszívvel támogattak a transzplantációig, 1373 nap volt. A súlyos fertőzéses szövődmények azonban még mindig gyakoriak, és a műszív mint teljes célterápia (nem a transzplantációig tartó áthidaló kezelés) még mindig távoli álom.

A beteg szív teljes pótlása helyett a véráramlás támogatásával is próbálkoznak. A pumpával történő mechanikus kamrai keringéstámogatás (ventricular assist device, VAD) a szív kamrájából viszi ki a vért, és nagy nyomással az aortába juttatja. Ez hozzáadódik a szívből kilépő vérhez, és növeli a tényleges szívteljesítményt. A VAD egy másik problémát is megoldott, amivel a műszívet tervező mérnökök szembesültek: azt, hogy hogyan hozható egyensúlyba a jobb és a bal szívfél véráramlása. A nagyvérkörben keringő vér mennyiségének ugyanis nagyon közel kell lennie a kisvérkörben keringő vér mennyiségéhez. Napi 100 ezer szívverésnél még egy teáskanálnyi különbség is 500 liter rossz helyen lévő vért jelentene. A szív komplex biológiai mechanizmusokat fejlesztett ki, hogy ez ne történhessen meg, de a mérnököknek hatalmas csatát kellett vívniuk, amikor ugyanezt visszacsatolási rendszerekkel próbálták elérni. A VAD-ok esetében a jobb, illetve általában a bal kamra önállóan támogatható, így ez a probléma megszűnik.

A bal kamrai mechanikus keringéstámogató eszközök (LVAD) forradalmi változást hoztak a végstádiumú szívelégtelenség ellátásában. Mára világszerte több mint 15 ezer LVAD-ot ültettek be, és a végstádiumú szívelégtelenségben szenvedő betegek harmadát LVAD támogatja. A szándék általában a transzplantációig tartó áthidaló kezelés, de a donorszívek hiánya miatt a betegek gyakran évekig LVAD-támogatáson maradnak. A hétéves túlélés több mint 50 százalékos, és néhány beteg már 13 éve él ilyen eszközzel. Az egyik áttörést jelentő ötlet az volt, hogy felhagytak a pulzáló szív utánzásával, és állandó véráramoltatásra tértek át. A forgó lapátok (impellerek) folyamatos mozgásban tartják a vért, így a betegnek nincs pulzusa. A külső akkumulátorok még mindig kellemetlenséget és fertőzésforrást jelentenek, de folyamatban van olyan rendszerek fejlesztése, amelyek indukcióra alapozva, transcutan biztosítják az energiát.

A teljes mértékben beültethető műszív fejlesztése is folytatódik. A legnagyobb akadályt éppen a szív teljes energiaigényét kielégítő transcutan egységek kifejlesztése jelenti. A műszívre vonatkozó elvárás szerint percenként nyolc liter vért kell pumpálnia 110 Hgmm vérnyomás mellett. Hogy ez milyen energiaigényes, azt a következő érdekes adat is bizonyítja: szívünk működéséhez naponta a testsúlyunk felét meghaladó mennyiségű adenozin-trifoszfát, ATP szükséges.

Sian E. Harding reményei szerint a megoldás viszonylag közel van, azonban, mint írja, az évek során elszenvedett számos kudarc alázatot és tiszteletet váltott ki a tudósokból a szív természetes mérnöki munkája iránt.

Szemlézte:

Kazai Anita dr.

Eredeti közlemény:

MIT Press; Sian E. Harding: In Search of the Impossible Machine, the Artificial Heart. https://thereader.mitpress.mit.edu/in-search-of-the-impossible-machine-the-artificial-heart/

és

Jack Copeland, Steve Langford, Joseph Giampietro, John Arancio, Francisco Arabia: Total Artificial Heart Update. Surg Technol Int. 2021 Jun 28;39:243-248.