Kunstig Hjerte

Kunstig Hjerte

Bakgrunn

et naturlig hjerte har to pumper, hver med to kamre. Høyre atrium pumper oksygenutarmet blod fra kroppen inn i høyre ventrikel, som pumper det til lungene. Venstre atrium sender luftet blod fra lungene inn i venstre ventrikkel, som pumper det ut til kroppen. Med hvert hjerteslag, de to atriene kontrakt sammen, etterfulgt av de store ventriklene.

Kongestiv hjertesvikt, som er hjertets stadig avtagende evne til å pumpe blod, er en av de viktigste dødsårsakene. Denne sykdommen skyldes plutselig skade fra hjerteinfarkt, forverring av virusinfeksjoner, ventilfeil, høyt blodtrykk og andre problemer. Ifølge American Heart Association, anslagsvis fem millioner Amerikanere lever med hjertesvikt og over 400.000 nye tilfeller er diagnostisert hvert år. Omtrent 50% av alle pasientene dør innen fem år. Hjertesykdom kostet Usa helseindustrien rundt 95 milliarder dollar i 1998.

selv om medisiner og kirurgiske teknikker kan bidra til å kontrollere symptomer, er den eneste kur for hjertesvikt en organtransplantasjon. I 1998 var rundt 7700 Amerikanere på den nasjonale hjertetransplantasjonslisten, men bare 30% mottok transplantasjoner. Kunstige hjerter og pumpeassistentenheter har dermed blitt utviklet som potensielle alternativer.

et kunstig hjerte opprettholder hjertets blodsirkulasjon og oksygenering i varierende tidsperioder. Det ideelle kunstige hjertet må slå 100 000 ganger hver 24. time uten å kreve smøring eller vedlikehold og må ha en konstant strømkilde. Det må også pumpe raskere eller langsommere avhengig av pasientens aktivitet uten å forårsake infeksjon eller blodpropper.

de to hovedtyper av kunstige hjerter er hjerte-lungemaskinen og det mekaniske hjertet. Den første typen består av en oksygenator og en pumpe og brukes hovedsakelig til å holde blodet flyter mens hjertet drives på. Denne maskinen kan bare fungere i noen timer siden blodet blir skadet etter lengre tid.

et mekanisk hjerte er utformet for å redusere den totale arbeidsbelastningen til et hjerte som ikke lenger kan fungere ved normal kapasitet. Disse hjertene består av utstyr som pulserer blodet mellom hjerteslag eller bruker en kunstig hjelpeventrikel (VENSTRE ventrikelassistent, LVAD) som pumper en del av den normale hjerteutgangen. Fordi slike enheter vanligvis resulterer i komplikasjoner for pasienten, har de generelt blitt brukt som en midlertidig erstatning til naturlige hjerter kan oppnås for transplantasjon. Over hele verden har rundt 4000 LVADs blitt implantert. Markedet for disse enhetene er anslått til $12 milliarder per år i Usa.

Historie

siden slutten av forrige århundre har forskere forsøkt å utvikle en mekanisk enhet som kan gjenopprette oksygen til blodet og fjerne overdreven karbondioksid, samt en pumpe for midlertidig å erstatte hjertehandling. Det tok nesten 100 år før Den første vellykkede hjerte-lungemaskinen ble brukt På Et menneske Av John H. Gibbon Jr. i 1953. Fire år senere ble det første kunstige hjertet (laget av plast) i den vestlige verden implantert inne i en hund. National Heart Institute

a. et pneumatisk kunstig hjerte. B. en gyro sentrifugal kunstig hjerte.

etablerte artificial heart program i 1964, som førte til den første totale kunstige hjerte for menneskelig bruk implantert i 1969.

vektleggingen flyttet til venstre ventrikkel hjelpe systemer og blod kompatible materialer i 1970. I løpet av det samme året, EN LVAD ble brukt med hell. Imidlertid fortsatte blodpumpeutviklingen og enheter ble mindre, lettere, mer akseptable og klinisk vellykkede. En rekke polyuretan – og plastpumper av lang levetid ble også utviklet. I løpet av 1980-tallet innførte Food And Drug Administration (FDA) mer restriktive regler til Medical Devices Standards Act, noe som førte til høyere utviklingskostnader. Mange forskningsgrupper måtte droppe ut, med bare noen få igjen i dag.

Kanskje Den mest kjente forskeren Er Dr. Robert Jarvik, som oppfant et kunstig hjerte Kalt Jarvik-7. Denne enheten, laget av aluminium og plast, erstattet de to nedre kamrene i det naturlige hjertet og brukte to gummimembraner for pumpevirkningen. En ekstern kompressor på størrelse med et kjøleskap holdt det kunstige hjertet slå. Barney Clark var den første pasienten til å motta dette hjertet. Han overlevde 112 dager før fysiske komplikasjoner forårsaket av implantatet tok livet sitt. I 1986 Ble William Schroeder den Andre Jarvik-7 mottakeren, overlevende i ca 20 måneder.

det medisinske samfunnet innså at et helt implanterbart hjerte kunne unngå mobilitets – og infeksjonsproblemer forårsaket Av Jarvik-7. I 1988 begynte National Institutes Of Health å finansiere utvikling av slike hjerter og støttet et slikt program i 1991 på totalt $ 6 millioner . Tre år senere ble en elektrisk OG batteridrevet IMPLANTERBAR LVAD tilgjengelig. I 1999 Ble Charlie Chappis den første pasienten som ble utgitt fra et sykehus med en slik enhet. Andre kunstige hjerter av ulike design blir for tiden testet.

Råvarer

et kunstig hjerte eller LVAD er laget av metall, plast, keramikk og dyredeler. En titan-aluminium-vanadiumlegering brukes til pumpen og andre metalldeler fordi den er biokompatibel og har egnede strukturelle egenskaper. Titan deler er støpt på en spesialisert titan prosessor. Bortsett fra blodkontaktflater, er titan maskinert til en bestemt finish. Blodkontaktflater mottar et spesielt belegg av titanmikrosfærer som binder permanent til overflaten. Med dette belegget holder blodceller seg til overflaten og skaper en levende foring.

en blodkontaktmembran i pumpen er laget av en spesiell type polyuretan som også er strukturert for å gi blodcelletilhørighet. To rørformede grafts er laget av polyester (som brukes til å feste enheten til aorta) og ventiler er faktiske hjerteventiler fjernet fra en gris. Andre deler som utgjør motoren er laget av titan eller andre metaller og keramikk.

Design

det er flere kritiske problemer når du utformer EN LVAD. Væskedynamikken i blodstrømmen må forstås slik at nok blod pumpes og ingen blodpropper opprettes. Materialer må velges som er biokompatible; ellers kan pumpen mislykkes. Effektiviteten til motoren må optimaliseres slik at minimal varme genereres. På grunn av mulig avvisning, bør det totale volumet og overflaten av hele enheten holdes så liten som mulig. EN TYPISK LVAD veier rundt 2,4 lb (1200 gm) og har et volum på 1,4 pints (660 ml).

Eller. Robert Jarvik.

Robert Jarvik ble født 11. Mai 1946 I Midland, Michigan, og vokste opp I Stamford, Connecticut. Han gikk Inn I New Yorks Syracuse University i 1964, studerte arkitektur og mekanisk tegning. Etter at faren utviklet hjertesykdom, Byttet Jarvik til pre-medisin. Han ble uteksaminert i 1968 med en bachelor of arts i zoologi, men ble avvist av medisinske skoler i Usa. Han gikk Inn I Universitetet I Bologna I Italia, men forlot I 1971 For New York University, tjene en master of arts i yrkes biomekanikk.

Jarvik søkte jobb Ved University Of Utah. Direktør For Institutt For Biomedisinsk Ingeniørfag Og Divisjon For Kunstige Organer, Willem Kolff, hadde utviklet et kunstig hjerte siden midten av 1950-tallet. Jarvik begynte som laboratorieassistent, og tok sin medisinske grad i 1976.

den 2. desember 1982 transplanterte legene det første kunstige hjertet til et menneske. Denne plast-og aluminiumsanordningen, Jarvik-7, ble implantert I Barney Clark, som overlevde i 112 dager etter operasjonen. Flere andre pasienter fikk Jarvik – 7 hjerter, men ingen levde mer enn 620 dager. De viktigste fordelene var at det ikke ville være en vente på et menneskelig hjerte, og det var ingen sjanse for avvisning. Den åpenbare fallgruven som pasienter var for alltid koblet til en trykkluftmaskin via rør.

Jarvik-7 ble til slutt brukt som et stoppmål for pasienter som ventet på naturlige hjerter og ga håp om at det ikke ville være ventetid for transplantasjoner. I 1998 Fortsatte Jarvik arbeidet med en selvstendig enhet som skulle implanteres i en persons syke hjerte for å få det til å fungere riktig.

Produksjonsprosessen

• 1 de fleste komponentene er laget til egendefinerte spesifikasjoner av tredjepartsprodusenter, inkludert maskinbutikker og produsenter av trykte kretskort. Svineventilene sys inne i graftene med suturer hos et medisinsk utstyrsfirma som spesialiserer seg på hjerteventiler.

  NÅR alle komponenter er oppnådd, ER LVAD-systemet montert og testet for å sikre at hver enhet oppfyller alle spesifikasjoner. NÅR testet, KAN LVAD steriliseres og pakkes for forsendelse.

Danner polyuretan deler

• 2 noen kunstige hjerteprodusenter lager sine egne polyuretan deler. En prosess bruker en proprietær flytende løsning som helles på et keramisk dorn lag for lag. Hvert lag oppvarmes og tørkes til ønsket tykkelse er nådd. Delen blir deretter fjernet fra doren og inspisert. Ellers bruker en tredjepartsprodusent en sprøytestøping eller vakuumstøpeprosess kombinert med radiofrekvenssveising.

Montering

• 3 hvert kunstig hjerte tar flere dager å sette sammen og teste. Monteringsprosessen utføres i et rent rom for å unngå forurensning. Hvert kunstig hjerte består av opptil 50 komponenter som settes sammen ved hjelp av spesielle lim. Disse limene krever herding ved høye temperaturer. Flere monteringsoperasjoner skjer parallelt, inkludert montering av motorhuset og komponentene, montering av perkutanrøret og festing av skyveplatene til polyuretanmembranen. Disse delsystemene blir individuelt inspisert, og endelig montering av hele systemet skjer. Graftene monteres separat og festes under drift.

Testing

• 4 etter at monteringen er fullført, testes hver enhet ved hjelp av spesialutstyr som simulerer trykk i kroppen. Alle elektroniske komponenter testes med elektronisk testutstyr for å sikre riktig funksjon av alle kretser.

Sterilisering/emballasje

• 5 etter at det kunstige hjertet er testet og passerer, sendes det til en ekstern tjeneste for sterilisering. Hver enhet er forseglet i plastskuffer og returnert til hjerteprodusenten. Den pakkes deretter i tilpassede kofferter for å beskytte den mot forurensning og forhindre skade.

Kvalitetskontroll

de fleste komponenter har allerede bestått inspeksjon før de kommer til hjerteprodusenten. Noen komponenter er fortsatt inspisert dimensjonalt siden de krever stramme toleranser – i størrelsesorden milliondeler av en tomme, som krever spesielle måleverktøy. FOR å oppfylle FDA-forskriftene, styres hver komponent (inkludert lim) som brukes i prosessen med mye og serienummer, slik at sporingsproblemer er mulig.

Biprodukter/Avfall

skrap titan gjenvinnes og resirkuleres etter omsmelting og omarbeiding. Ellers produseres lite avfall siden de fleste komponenter har bestått inspeksjon før de forlater de ulike produsentene. Andre defekte deler kasseres. Når en enhet har blitt brukt av en pasient, sendes den tilbake til hjerteprodusenten for analyse for å forbedre designen.

Fremtiden

Innen det neste tiåret vil en rekke nye enheter komme på markedet. Pennsylvania State University forskere utvikler et elektromekanisk hjerte drevet av radiofrekvensenergi som overføres gjennom huden. En motor driver push plater, som veksler i å trykke mot plast blodfylte sekker for å simulere pumping. Pasienter bære en batteripakke i løpet av dagen og sove med enheten koblet til en stikkontakt. Dette kunstige hjertet vil bli testet hos mennesker innen 2001.

Flere forskningsgrupper utvikler pumper som sirkulerer blod kontinuerlig, i stedet for å bruke en pumpevirkning, siden disse pumpene er mindre og mer effektive. I Australia utvikler Micromedical Industries Limited en kontinuerlig roterende blodpumpe, som forventes å bli implantert i et menneske innen 2001. Ohio State Universitys kardiologiske avdeling utvikler en plastpumpe på størrelse med en hockeypuck som er selvregulerende. Denne pumpen er implantert hos pasienter i flere uker til deres eget hjerte gjenoppretter.

Thermo Cardiosystems, Inc. ARBEIDER også MED EN LVAD med en kontinuerlig flyt roterende pumpe), som forventes å bli implantert en gang i 2000, OG EN LVAD med en kontinuerlig flyt sentrifugalpumpe. Sistnevnte er fortsatt i en tidlig utviklingsfase, men er planlagt å være verdens første bearingless pumpe, noe som betyr at det ikke vil ha noen deler som slites. Dette oppnås ved å magnetisk suspendere rotoren til pumpen. Begge disse enhetene vil være tilgjengelige med transkutan energioverføring, noe som betyr at enhetene vil være fullt implanterbare.

med færre donorhjerter blir tilgjengelige, utvikler andre også et kunstig hjerte som er en permanent erstatning. Disse erstatninger kan være i form av en venstre ventrikkel bistå enhet eller en total kunstig hjerte, avhengig av pasientens fysiske tilstand. LVADs utvikles av oppfinneren Robert Jarvik og den anerkjente hjertekirurgen Michael DeBakey. Totalt kunstige hjerter blir utviklet i fellesskap Av Texas Heart Institute Og Abiomed, Inc. I Massachusetts. I Japan utvikler forskere totalt kunstige hjerter basert på et silikonkuleventilsystem og en sentrifugalpumpe med et bæresystem laget av alumina keramiske og polyetylenkomponenter.

Alternativer til kunstige hjerter og hjerteassisterende pumper er også under utvikling. For eksempel har en spesiell klemme blitt oppfunnet som endrer formen på et sykt hjerte, som forventes å forbedre pumpeeffektiviteten med opptil 30%. En slik enhet krever minimal invasiv kirurgi for å implantere.