دکتر علی ملائکه
اولین قلب مصنوعی برای انسان‌ها در دهه ۱۹۵۰ اختراع و ثبت شد، اما بیش از ۳۰ سال طول کشید تا در سال ۱۹۸۲ بود که یک قلب مصنوعی کارآمد به نام جارویک - ۷ به طور موفقیت‌آمیز در بدن یک بیمار پیوند زده شد.
همانند بسیاری از نوآوری‌های پزشکی، اولین قلب مصنوعی در بدن یک حیوان - در این مورد، یک سگ - پیوند زده شد.
ولادیمیر دیمیخوف، دانشمند شوروی، پیشگام در زمینه پیوند اعضا، در سال ۱۹۳۷ یک قلب مصنوعی را در بدن یک سگ پیوند زد. (البته مشهورترین کار دمیخوف این نبود، امروزه او بیشتر به خاطر انجام پیوند سر در سگ‌ها به یاد می‌آورند).
جالب اینکه اولین قلب مصنوعی «ثبت‌شده» به‌وسیله پل وینچل آمریکایی اختراع شد که شغل اصلی‌اش «شکم‌گویی» (حرف زدن بدون تکان خوردن لب‌ها) و اجراهای کمدی بود. وینچل اندکی آموزش پزشکی نیز دیده بود و هنری هایملیک که به خاطر روش درمان اضطراری خفگی به نام خودش مشهور است، او را در این زمینه یاری کرد. او در سال ۱۹۵۶ تقاضای حق ثبت اخترع قلب مصنوعی‌اش را انجام داد و در سال ۱۹۶۳ آن را دریافت کرد. البته قلب مصنوعی وینچل هرگز به کار گرفته نشد.
ویلم کلف، پزشک هلندی در ۱۹۵۳ اولین کلیه مصنوعی را ساخت که راه را برای تولید قلب‌های مصنوعی هموار کرد.
قلب مصنوعی «لیوتا-کولی»- ساخته دومینگو لیوتا و دنتون کولی در سال ۱۹۶۹ در موسسه قلب تگزاس در هیوستون در بدن یک بیمار به عنوان یک اقدام موقت پیوند زده شد؛ آنها چند روز بعد آن را با قلب اهدایی جایگزین کردند، اما بیمار مدت کوتاهی پس از پیوند قلب درگذشت.
جارویک ۷
قلب مصنوعی جارویک-۷ به‌وسیله مهندس آمریکایی رابرت جارویک و استادش ویلم کلف در سال ۱۹۶۹ در دانشگاه یوتا ساخته شد.
بارنی کلارک، دندان‌پزشک اهل شهر سیاتل در ایالت واشنگتن در غرب آمریکا، در سال ۱۹۸۲ اولین فردی بود که قلب جارویک-۷، اولین قلب مصنوعی که قرار بود تا آخر عمر بیمار دوام بیاورد، در بدنش پیوند زده شد.
ویلیام دوریس، جراح قلب و عروق آمریکایی، این جراحی را انجام داد. بیمار به مدت ۱۱۲ روز زنده ماند. کلارک در طول این مدت گفت: «دوران سختی برای من بوده است، اما قلب پیوندی به خوبی کار کرده است.»
گونه‌های بعدی قلب مصنوعی موفقیت بیشتری داشتند؛ به‌عنوان‌مثال، دومین بیماری که جارویک-۷ دریافت کرد، ۶۲۰ روز پس از پیوند زنده ماند. جارویک گفته است: «مردم می‌خواهند زندگی عادی داشته باشند، و صرفاً زنده بودن کافی نیست.»
علی‌رغم این پیشرفت‌ها، کمتر از دو هزار قلب مصنوعی پیوند شده‌اند، و این روش معمولاً به عنوان یک راه‌حل موقت تا زمانی که یک قلب اهدایی تهیه شود، به کار می‌رود.
امروزه رایج‌ترین قلب مصنوعی، قلب مصنوعی موقت «سین‌کاردیا» است که ۹۶ درصد کل پیوندهای قلب مصنوعی را تشکیل می‌دهد. این قلب هزینه بسیار زیادی در حدود ۱۲۵۰۰۰ دلار دارد.
ساخت دستگاه‌های کمک بطنی یا VAD
با وجودی که جارویک-۷ یک دستاورد بزرگ بود، اما یک راه‌حل بلندمدت برای بیماران نارسایی قلبی نبود. این دستگاه بزرگ و حجیم بود و نیاز به توان و کنترل خارجی داشت. در دهه ۱۹۸۰ محققان شروع به تمرکز بر روی توسعه قلب‌های مصنوعی کوچک‌تر و قابل‌حمل‌تر کردند.
اولین دستگاه کمک‌بطنی یا وی‌ای‌دی (VAD) کاملاً قابل پیوند با نام «هارت‌میت XVE» در سال ۱۹۹۳ به‌وسیله سازمان غذا و داروی آمریکا تأیید شد.
پمپ‌هایی هستند که داخل قفسه سینه کار گذاشته و به قلب متصل می‌شوند. این دستگاه‌ها وقتی قلب قدرت انجام این کار به تنهایی را ندارد، به تلمبه کردن خون در بدن کمک می‌کنند.
ساخت قلب‌های مصنوعی کاملاً قابل پیوند
هدف فعلی پژوهش در زمینه قلب مصنوعی ساختن یک «قلب مصنوعی کاملاً قابل‌پیوند» یا تی‌ای‌اچ (TAH) است که بتواند جایگزین قلب کامل شود.
آبیوکور (AbioCor) نخستین قلب مصنوعی کاملاً قابل پیوندی بود که در بدن یک بیمار انسانی پیوند زده شد و این بیمار ۱۵۱ روز زنده ماند.
قلب مصنوعی «کارمت» در سال ۲۰۰۸ نخستین تی‌ای‌اچ کاملاً قابل پیوند بود که برای استفاده در اروپا تأیید شد. کارمت یک تی‌ای‌اچ دوبطنی است که جایگزین بطن راست و چپ قلب می‌شود.
چشم‌اندازهای آینده
قلب‌های مصنوعی بالقوه می‌توانند انقلابی در درمان نارسایی قلبی ایجاد کنند. ادامه تحقیق و توسعه در زمینه قلب‌های مصنوعی می‌تواند آنها را در آینده‌ای نزدیک به روش درمانی استاندارد برای این بیماری ناتوان‌کننده و مرگبار بدل کند.
پژوهشگران از جمله به دنبال ساخت قلب‌های مصنوعی کوچک‌تر و مقاوم‌تر، بهبود بازده انرژی قلب‌های مصنوعی، افزایش سازگاری قلب‌های مصنوعی با دستگاه ایمنی بدن هستند.
سازگاری زیستی و بهبود در دوام: پژوهشگران در حال ساخت قلب‌های مصنوعی با استفاده از مواد زیست‌سازگار پیشرفته برای کاهش لخته شدن خون، جلوگیری از رد شدن بوسیله دستگاه ایمنی و بهبود دوام آنها هستند. استفاده از پوشش‌های جدید برای حفرات درونی این قلب‌ها و ساخت اجزای این قلب با استفاده چاپ سه‌بعدی متناسب با هر بیمار ایمنی و دوام قلب‌های مصنوعی را بهبود می‌دهد.
طراحی قلب‌های مصنوعی کاملا قابل‌کاشت: قلب‌های مصنوعی فعلی، مانند قلب مصنوعی کامل (TAH)، اغلب به منابع خارجی انرژی و برق متکی هستند و خطر عفونت را به همراه دارند. مدل‌های آینده که برای کاشت کامل طراحی می‌شوند، با انتقال بی‌سیم نیرو از طریق انتقال انرژی از طریق پوست به دنبال بهبود تحرک و کیفیت زندگی بیماران هستند.
کوچک‌سازی و قابلیت حمل: قلب‌های مصنوعی نسل بعدی کوچک‌تر و سبک‌تر خواهند بود و می‌توان آنها را برای طیف وسیع‌تری از بیماران، از جمله کودکان و افراد با جثه کوچک‌تر به کار برد و به این ترتیب دسترسی به درمان‌های نجات‌بخش برای بیماران نارسایی قلبی گسترش می‌یابد.
ادغام با هوش مصنوعی و حسگرها: قلب‌های مصنوعی آینده از هوش مصنوعی و حسگرهای بلادرنگ یا زمان واقعی برای نظارت بر عملکرد قلب، تنظیم میزان تلمبه کردن خون بر أساس میزان فعالیت جسمی و پیش‌بینی کردن عوارض احتمالی استفاده خواهند کرد. این فناوری «هوشمند» می‌تواند عملکرد قلب مصنوعی را بهینه کند و پزشکان را به طور زودرس از مشکلات آگاه سازد.
رویکردهای بازسازی و ترکیبی: پژوهشگران در حال بررسی راه‌حل‌های ترکیبی است که اجزای مصنوعی را با روش‌های پزشکی بازسازی (regenerative medicine)، مانند بافت قلبی مهندسی‌شده یا درمان‌های سلول‌های بنیادی ترکیب می‌کند تا قلب‌های مصنوعی «تا حدی زیستی» ایجاد کند که در نهایت ممکن است با بدن ادغام شوند.
دسترسی گسترده‌تر: با بهبود روش‌های تولید قلب مصنوعی (مثلاً از طریق چاپ سه‌بعدی) و کاهش هزینه‌ها می‌توان امکان دسترسی گسترده‌تر به آنها را فراهم کرد. در حال حاضر، دستگاه‌هایی مانند قلب مصنوعی کامل «سین‌کاردیا» یا «دستگاه‌های کمکی بطن چپ» (LVAD) برای بیماران در انتظار پیوند قلب به کار می‌روند، اما طرح‌های آینده به دنیال راه‌حل‌های دائمی هستند.
با وجود همه این پیشرفت‌ها موانعی همچنان باقی مانده است، از جمله هزینه‌های بالا (اغلب بیش از صد هزار دلار برای مجموع دستگاه قلب مصنوعی و اعمال جراحی لازم)، خطرات عفونت و محدودیت داده‌های بلندمدت درباره قلب‌های مصنوعی (بیشتر دستگاه‌ها پنج تا ده سال دوام می‌آورند). همچنین پرسش‌های اخلاقی در مورد دسترسی عادلانه به قلب‌های مصنوعی و اولویت قائل شدن برای استفاده از آنها نسبت به پیوند قلب پابرجاست.
در مجموع انتظار می‌رود در دهه ۲۰۳۰ با دسترسی به قلب‌های مصنوعی قابل اعتمادتر و کاملاً قابل کاشت به عنوان جایگزین‌های دائمی قلب‌های نارسا‌شده و نیز به دلیل کمبود افراد اهداکننده، شمار موارد استفاده از قلب‌های مصنوعی از شمار پیوندهای قلب پیشی بگیرد (با وجود میلیون‌ها نفر فرد مبتلا به نارسایی قلبی فقط حدود 5500 پیوند قلب در سال در جهان انام می‌شود.
انواع قلب‌های مصنوعی
قلب‌های مصنوعی دستگاه‌های پزشکی هستند که برای جایگزینی یا کمک به عملکرد تلمبه کردن قلب در بیماران مبتلا به نارسایی قلبی در مرحله نهایی طراحی شده‌اند. قلب‌های مصنوعی بر اساس طراحی، عملکرد و کاربرد مورد نظرشان به طور گسترده طبقه‌بندی می‌شوند:
1. قلب مصنوعی کامل (TAH)
قلب مصنوعی کامل طور کامل جایگزین قلب اصلی می‌شود و عملکرد هر دو بطن (و گاهی اوقات دهلیز) را برای تلمبه کردن خون در سراسر بدن بر عهده می‌گیرد. این قلب معمولاً به عنوان «پلی برای پیوند» یا در برخی موارد، به عنوان یک درمان نهایی برای بیمارانی که واجد شرایط پیوند نیستند، استفاده می‌شود.
ویژگی‌های کلیدی:
به طور کامل جایگزین قلب می‌شود و نیاز به برداشتن بطن‌های بیمار دارد.
بسته به طراحی‌اش جریان ضربانی قلب را تقلید می‌کند یا از جریان مداوم استفاده می‌کند
اغلب بوسیله باتری‌های خارجی یا کنسول‌ها از طریق خطوط انتقال نیرو تغذیه می‌شوند، اگرچه سیستم‌های بی‌سیم نیز در حال توسعه هستند.
مثال‌ها:
سین‌کاردیا (SynCardia): پرکاربردترین قلب مصنوعی در اندازه‌های ۷۰ سی‌سی و ۵۰ سی‌سی موجود است. این دستگاه از یک سیستم پنوماتیک با دیافراگم‌های پلی‌اورتان برای پمپاژ خون استفاده می‌کند و در درجه اول یک دستگاه پل به پیوند است.
کارمات ایسون (Carmat Aeson): یک قلب مصنوعی کامل از نوع بیوپروتز با دریچه‌های پریکارد گاوی و حسگرهایی برای تنظیم جریان خون بر اساس فعالیت بیمار. هدف آن کاهش نیازهای ضد انعقاد است اما از نظر اندازه محدود است (برای بسیاری از زنان مناسب نیست).
بی‌واکور (BiVACOR): از فناوری شناوری مغناطیسی (maglev) با یک دیسک چرخان استفاده می‌کند و سایش مکانیکی را کاهش می‌دهد. این دستگاه در آزمایش‌های بالینی اولیه به عنوان پلی برای پیوند یا درمان بالقوه نهایی است.
2. دستگاه‌های کمک بطنی (VAD)
دستگاه‌های کمک بطنی (VAD) به یک یا هر دو بطن قلب بدون جایگزینی کامل قلب کمک می‌کنند. آنها اغلب زمانی استفاده می‌شوند که قلب هنوز مقداری عملکرد باقی‌مانده دارد و از بطن چپ (LVAD)، بطن راست (RVAD) یا هر دو (BiVAD) پشتیبانی می‌کند.
ویژگی‌های کلیدی
در کنار قلب طبیعی کار می‌کنند و خون را برای پشتیبانی از گردش خون پمپاژ می‌کنند.
معمولاً از پمپ‌های جریان پیوسته (مثلاً محوری یا گریز از مرکز) به جای جریان ضربانی استفاده می‌کنند.
می‌توانند برای استفاده کوتاه‌مدت (چند روز تا چند هفته) یا بلندمدت (چند سال) در بدن کاشته شوند.
با باتری یا کنسول خارجی کار می‌کنند، با تحقیقاتی در مورد انتقال انرژی از طریق پوست برای سیستم‌های کاملاً قابل کاشت.
مثال‌ها:
هارت‌میت ۳ : ساخت شرکت ابوت یک LVAD پیشرو با استفاده از یک پمپ گریز از مرکز مغناطیسی، خطرات برش خون و لخته شدن را کاهش می‌دهد.
کاربردها: پل برای پیوند یا پل به سمت بهبودی برای بیماران مبتلا به بیماری‌های قلبی برگشت‌پذیر.
3. قلب‌های مصنوعی رباتیک نرم
یک دسته نوظهوراز قلب‌های مصنوعی که از رباتیک نرم برای تقلید انقباض طبیعی عضله قلب استفاده می‌کند. هدف این دستگاه‌ها کاهش آسیب خون و بهبود زیست‌سازگاری در مقایسه با پمپ‌های مکانیکی سنتی است.
ویژگی‌های کلیدی:
استفاده از مواد انعطاف‌پذیر (مانند «بالون‌ها» یا محرک‌های مبتنی بر سیلیکون) برای شبیه‌سازی حرکت انقباض قلب.
طراحی‌شده برای به حداقل رساندن آسیب‌های خونی و خطرات لخته شدن خون.
اغلب این نوع قلب‌های مصنوعی در مراحل پیش‌بالینی هستند و تحقیقات مداومی در مورد پوشش‌های مهندسی بافت و توان بی‌سیم در دست انجام است.
مثال‌ها:
قلب هیبریدی: یک پروژه با بودجه اتحادیه اروپا که در حال توسعه یک قلب کامل مصنوعی رباتیک نرم با مواد زیست‌سازگار و مکانیسم جریان ضربانی است. این پروژه هنوز در مرحله تحقیق است اما نویدبخش استفاده طولانی‌مدت است.
کاربردها: در درجه اول با هدف درمان نهایی با پتانسیل استفاده برای پل به پیوند پس از توسعه کامل.