قلب مصنوعی چیست و چگونه كار میكند
در گذشته نهچندان دور، پیوند قلب از انسانی به انسان دیگر تنها راه نجات بیمارانی بود كه در حادترین مراحل بیماری قلبی قرار داشتند. اما همواره تعداد متقاضیان دریافت پیوند بسیار بیشتر از تعداد اهداكنندگان بوده است. به این ترتیب همهساله هزاران نفر در صف انتظار پیوند جان خود را از دست میدهند. تولید قلب مصنوعی دریچه امیدی برای بیماران قلبی گشوده است.
| |
قلب همانند موتوری در بدن است كه نیروی لازم برای تمامی فعالیتها را تولید میكند. در نظر اول شاید قلب تنها یك عضله به نظر برسد كه خون را به رگها پمپ میكند اما اولین دانشمندانی كه قدم در راه تولید قلب مصنوعی گذاشتند، با ماشینی پیچیده روبهرو شدند كه باید شش هزار لیتر خون را در یك روز به ریهها و سایر اعضای بدن پمپ كند. بهعلاوه نحوه تامین انرژی این ماشین نیز مشكلی پیچیده بود.
اولین قلب مصنوعی
در سال ۱۹۸۲، نمونه اولیهای از یك قلب مصنوعی توسط Paul Winchel طراحی شد. اما استفاده از آن در بدن یك انسان كاری مخاطرهآمیز به نظر میرسید. درنهایت جراح متبحری به نام دكتر William Devries از دانشگاه Utah آمریكا تصمیم به انجام این پیوند گرفت. او این دستگاه را Jarvik-۷ نامید. این نخستین ماشینی بود كه میتوانست بهطور دائم جایگزین قلب شود. بیمار دریافتكننده پیوند، دندانپزشكی ۶۱ ساله به نام Barney Clark بود. شانس زندگی او در صورت عدم دریافت پیوند، كمتر از ۳۰ روز پیشبینی میشد. جراحی با موففیت انجام شد و كلارك ۱۱۲ روز زنده ماند.
یكی از ویژگیهای Jarvik-۷ به كارگیری نوعی فلز مخصوص در حفرات داخلی آن بود. خون در برخورد با این نوع فلز منعقدشده و لایهای در داخل حفرات تشكیل میداد؛ این امر سبب تسهیل حركت خون در قلب میشد.
عملكرد Jarvik-۷ همانند پمپ هوا طراحی شده بود و برخلاف مدل پیشرفته امروزی، لازم بود چندین رشته سیم از بدن بیمار بیرون آمده و به منبع تغذیه خارجی متصل شود. طبیعیترین پیامد این طراحی، بروز عفونتهای متعدد در محل عبور سیمها از پوست بود. پیش از توقف تولید Jarvik-۷ از آن در چندین بیمار دیگر نیز استفاده شد. اما به علت بروز مشكلات فنی نظیر خطاهای مكانیكی و حجم بسیار بزرگ دستگاه، تولید آن متوقف شد.
قلبی مدرن
دو كشف اساسی در تولید قلبهای مصنوعی مدرن نقشی كلیدی به عهده داشتند؛ مورد اول تولید پوریه ضدانعقاد است كه در لایه بیرونی قلب مصنوعی استفاده میشود و احتمال پسزدهشدن آن را از سوی سیستم ایمنی و بافتهای اطراف به حداقل میرساند و كشف مهم دیگر، اختراع سیستم منبع تغذیه قابلكاشت درون بدن است كه هیچگونه حرارتی در بافتهای اطراف خود ایجاد نمیكند. این دو كشف از ابداعات فردی به نام Hiroaki Harusaki است.
این دو ویژگی به همراه دهها تكنولوژی دیگر در قالب یك مدل قلب مصنوعی با نام AbioCor ارائه شده است. این مدل در سال ۲۰۰۱ برای نخستین بار به كار گرفته شد و در سال ۲۰۰۴ با رسیدن به حدنصابهای لازم، مجوز FDA را دریافت كرد. ۸۶ درصد از بیماران دریافتكننده AbioCor بیش از یكسال و ۶۴ درصد بیش از پنج سال شانس زندگی یافتند.
نحوه عملكرد قلب مصنوعی
قلب انسان بهطور میانگین خون را با نرخ ۶۰ تا ۱۰۰ بار در دقیقه پمپاژ میكند. قلب در دو مرحله عمل میكند:
۱- در مرحله اول، دهلیزهای راست و چپ بهطور همزمان منقبض شده و خون را به خارج از قلب میفرستند.
۲- بطنها منقبض شده و خون را به ریهها و سایر نقاط بدن هدایت میكنند.
پس از آن عضلات قلب تا تپش بعدی استراحت میكنند. در این فاصله قلب مجددا از خون پر میشود.
در بیمارانی كه از قلب مصنوعی جدید استفاده میكنند، قلب مصنوعی جایگزین بطنها شده و دهلیزها هنوز در جای خود باقی ماندهاند. بنابراین در مرحله اول از فرآیند پمپاژ خون، همچنان دهلیزهای قلب طبیعی به طور همزمان منقبض شده و خون را به خارج از قلب میفرستند. اما مرحله دوم متفاوت از قلب طبیعی انجام میشود. از آنجا كه نحوه طراحی قلب مصنوعی بهصورتی است كه در هر لحظه خون را تنها به یكی از دو بطن میفرستد، ابتدا خون به ریهها فرستاده شده و سپس به سایر نقاط بدن پمپ میشود. قلب مصنوعی قادر است خون را با نرخ ۱۰ لیتر در دقیقه پمپ كند كه برای فعالیتهای روزانه كافی است.
اجزای قلب مصنوعی
قلب مصنوعی AbioCor از جنس تیتانیوم و پلاستیك بوده و چهار بخش زیر را به هم متصل میكند:
دهلیز راست، دهلیز چپ، آئورت، شریان ریوی
مكانیسم عملكرد دستگاه بسیار شبیه به یك پمپ هیدرولیك است. در این نوع از پمپها، مایع هیدرولیك فشار را از نقطهای به نقطه دیگر منتقل میكند. برای درك بهتر عملكرد قلب مصنوعی، نحوه كار اجزای مختلف آن را بررسی میكنیم:
۱- پمپ هیدرولیك
عملكرد این قطعه همانند پمپ هیدرولیك صنعتی است. نوعی ماده غیرقابل فشردهسازی در این پمپ جریان دارد كه نیروی اعمال شده را از یك نقطه به نقطه دیگر میفرستد.
۲- دریچه ورودی
این دریچه برای جریان یافتن مایع هیدرولیك از یك قسمت به قسمت دیگر، باز و بسته میشود.
هنگامی كه مایع به سمت راست حركت میكند، خون از درون بطن مصنوعی به ریهها پمپ میشود و هنگامی كه مایع به سمت چپ میرود، خون به سایر نقاط بدن فرستاده میشود.
۳- سیستم انتقال انرژی بهصورت بیسیم
این سیستم به نام Transcutaneus Energy Transfer
(انتقال انرژی از درون پوست) خوانده میشود. اجزای تشكیل دهنده آن دو سیمپیچ داخلی و خارجی هستند.
این دو سیمپیچ انرژی را از یك باتری خارجی گرفته و از طریق القای الكترومغناطیسی آن را به باتری داخلی و واحد كنترل میفرستند.
۴- باتری داخلی
یك باتری قابلشارژ است كه در داخل شكم بیمار ایمپلنت میشود. باتری داخلی ۳۰ تا ۴۰ دقیقه وقت در اختیار بیمار قرار میدهد تا بتواند فعالیتهایی نظیر حمام كردن را كه طی آنها مجبور به جدا كردن باتری خارجی است، انجام بدهد.
۵- باتری خارجی
این باتری روی یك كمربند قرار گرفته و به دور كمر بیمار بسته میشود. قابلشارژ بوده و چهار تا پنج ساعت كار میكند.
۶- واحد كنترل
این ابزار الكترونیكی كوچك در جداره شكم بیمار كار گذاشته میشود و به كنترل نحوه پمپاژ قلب و ریتم قلبی اختصاص دارد. وزن كلی دستگاه درحدود دو پوند (۹/۰ كیلوگرم) است.
