Το θαύμα του Carpentier

Το θαύμα του Carpentier  είναι η νέα τεχνητή καρδιά και οι γάλλοι επιστήμονες, θα την τοποθετήσουν σε 4-6 ασθενείς  μέσα στο 2012.

Οι ασθενείς αυτοί θα πάσχουν από καρδιακή ανεπάρκεια τελικού σταδίου και δεν θα υπάρχει συμβατό μόσχευμα γι’ αυτούς. Εφόσον αυτή η πρώτη κλινική δοκιμή αποδειχθεί επιτυχής, θα υπάρξει μια ευρύτερη δοκιμή και η τεχνητή καρδιά να βγει στην αγορά στα τέλη του 2013.

Το σημαντικό είναι ότι η καρδιά αυτή δεν θα χρειάζεται αντικατάσταση.

Εμπνευστής της τεχνητής καρδιάς είναι ο Αλέν Καρπεντιέ, ο καρδιοχειρουργός που εμπνεύστηκε τη βαλβίδα με αντιθρομβωτική δράση που φέρει το όνομά του και η οποία έχει ήδη μεταμοσχευθεί σε περισσότερους από ένα εκατομμύριο ασθενείς και δεν χρειάζεται να παίρνουν αντιθρομβωτική αγωγή μετά την επέμβασή τους.

Η καρδιά του Καρπεντιέ αναμένεται να είναι πολύ αποτελεσματική και οι ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια μπορούν πλέον να ελπίζουν.

Τα τελευταία 50 χρόνια μια σειρά συσκευών χρησιμοποιήθηκαν στην καρδιοχειρουργική, οι οποίες  να ξεκουράζουν και βοηθούν την καρδιά εν αναμονή του μοσχεύματος. Ένα από τα κυριότερα προβλήματα που εμφανίζουν αυτές οι συσκευές είναι η δημιουργία θρόμβων, η οποία οδηγεί σε εγκεφαλικά επεισόδια κυρίως, ενώ σοβαρότατο πρόβλημα είναι και το μέγεθος των ίδιων των συσκευών αλλά και των εξαρτημάτων που τις συνοδεύουν και περιορίζουν την κινητικότητα των ασθενών.

Η τεχνητή καρδιά έχει σχεδιαστεί να μοιάζει πολύ με την καρδιά ενός δότη.

Η προσπάθεια της γαλλικής εταιρείας να δημιουργήσει μια τεχνητή καρδιά για μεταμόσχευση έχει ξεκινήσει πριν από 20 χρόνια. Η εταιρεία, Carmat, συστάθηκε με στόχο τη δημιουργία της εν λόγω καρδιάς. «Ψυχή» της εταιρείας είναι ο Alain Carpentier, διάσημος γάλλος καρδιοχειρουργός, πρόεδρος σήμερα της Ακαδημίας Επιστημών της χώρας του, αλλά και αποδέκτης του Βραβείου Lasker.

Έτσι, στις αρχές της δεκαετίας του ‘90 ο Καρπεντιέ ζητεί την υποστήριξη του Jean-Luc Lagardere του οποίου η εταιρεία Matra ασχολείται με την αεροναυπηγική. Η Carmat δημιουργείται με κεφάλαια του Lagardere και στελεχώνεται με ανθρώπινο δυναμικό της Matra . Το 2010, μετά τη δημιουργία αρκετών πρωτοτύπων που βαθμηδόν γίνονται μικρότερα, ελαφρύτερα και λιγότερο ενεργοβόρα, η εταιρεία ανακοινώνει ότι η τεχνητή καρδιά της είναι έτοιμη. Πρόκειται για ένα τεχνολογικό θαύμα 900 γραμμαρίων και 0,75 λίτρων, το οποίο λειτουργεί με μόλις 27 watt. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των επιστημόνων της Carmat, οι προδιαγραφές αυτές καθιστούν την καρδιά ικανή να εξυπηρετήσει τη μεγάλη πλειονότητα των ασθενών. 99,5% του αίματος στις κοιλίες ανανεώνεται με κάθε 5 χτύπους της τεχνητής καρδιάς. 2-2,5 ώρες θα διαρκεί η μεταμόσχευση της τεχνητής καρδιάς, χρόνος που απαιτείται και για μεταμόσχευση του οργάνου από δότη.

Η νέα καρδιά δεν περιλαμβάνει κόλπους. Κατά τη διάρκεια της μεταμόσχευσης ο καρδιοχειρουργός θα κληθεί να διατηρήσει τους κόλπους του ασθενούς και πάνω τους να στερεώσει τη συσκευή. Αυτή περιλαμβάνει δύο κοιλίες και τέσσερις βαλβίδες οι οποίες λειτουργούν ακριβώς όπως αυτές της καρδιάς. Έτσι, μέσω της πρώτης βαλβίδας η δεξιά κοιλία θα δέχεται από τον αντίστοιχο κόλπο το αίμα που δεν έχει πια οξυγόνο. Μέσω της δεύτερης βαλβίδας το αίμα αυτό θα οδηγείται στην πνευμονική αρτηρία και από εκεί στους πνεύμονες. Επιστρέφοντας οξυγονωμένο από τους πνεύμονες το αίμα θα φθάνει στον αριστερό κόλπο του ασθενούς και μέσω της τρίτης βαλβίδας θα περνά στην αριστερή κοιλία, η οποία θα το σπρώχνει προς την αορτή μέσω της τέταρτης βαλβίδας.

Η μετακίνηση του αίματος από τις κοιλίες επιτυγχάνεται χάρη σε μια μαλακή μεμβρανική επίστρωση που διαθέτουν αυτές. Πίσω από την επίστρωση κυκλοφορεί έλαιο σιλικόνης. Δύο εξαιρετικά μικρές αντλίες σπρώχνουν με δύναμη το έλαιο σιλικόνης προς τις μεμβράνες, η μετακίνηση των οποίων προωθεί το αίμα προς την πνευμονική αρτηρία ή την αορτή. Στη συνέχεια οι αντλίες προσροφούν το έλαιο σιλικόνης, οι μεμβράνες υποχωρούν και έτσι οι κοιλίες είναι έτοιμες να ξαναδεχθούν το αίμα. Η μετακίνηση των μεμβρανών έχει σχεδιαστεί να μοιάζει με τη συστολή και διαστολή των τοιχωμάτων των κανονικών κοιλιών, πράγμα που σημαίνει ότι η τεχνητή καρδιά θα χτυπά όπως και η κανονική. Όσο για τις αντλίες, αυτές ελέγχονται από ένα μικροηλεκτρονικό σύστημα το οποίο προσαρμόζει τη λειτουργία τους με βάση τις πληροφορίες που δέχεται από ένα δεύτερο σύστημα ηλεκτρονικών αισθητήρων.

Οι ερευνητές της Carmat βασίζουν πολλά στους αισθητήρες, κάποιοι από τους οποίους χρησιμοποιούνται και στα Αirbus A380 καθώς και στην κονσόλα Wii της Nintendo. Στην πραγματικότητα οι εν λόγω αισθητήρες καλούνται να «εξανθρωπίσουν» την τεχνητή καρδιά. Παραδείγματος χάριν, αν ο ασθενής θέλει να γυμναστεί, να ανέβει μια σκάλα, ή να κάνει οτιδήποτε απαιτεί αύξηση της οξυγόνωσης των οργάνων, αυξάνεται η πίεση στον δεξιό κόλπο. Ένας στρατηγικά τοποθετημένος αισθητήρας το αντιλαμβάνεται και πληροφορεί το ηλεκτρονικό σύστημα, το οποίο με τη σειρά του δίνει εντολή στις αντλίες να αυξήσουν την παροχή αίματος. Οι προδιαγραφές της τεχνητής καρδιάς επιτρέπουν την κυκλοφορία έως και 9 λίτρων ανά λεπτό, πράγμα που θα επιτρέπει στους ασθενείς να ανεβούν μια μεγάλη σκάλα. 

Αντιστοίχως προσαρμόζεται η παροχή όταν ο ασθενής μεταβάλλει τη θέση του, παραδείγματος χάριν όταν ξαπλώνει για να κοιμηθεί ή όταν ξυπνώντας το πρωί σηκώνεται από το κρεβάτι του. Οι αισθητήρες καλούνται μάλιστα να ανταποκριθούν και σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης, όπως παραδείγματος χάριν μια αιμορραγία. Η πτώση της πίεσης στον δεξιό κόλπο γίνεται αντιληπτή από τους αισθητήρες και το ηλεκτρονικό σύστημα δίνει εντολή να κρατηθεί η κυκλοφορία στο ελάχιστο δυνατόν ώστε να μειωθεί η απώλεια αίματος.

Βασική προϋπόθεση για την τεχνητή καρδιά ήταν αυτή να μην πυροδοτεί τη θρομβωτική διαδικασία, πράγμα που συμβαίνει όταν το αίμα έρχεται σε επαφή με ξένα υλικά. Σύμφωνα με την παρουσίαση των επιστημόνων της Carmat στο τελευταίο Ευρωπαϊκό Συνέδριο Θωρακοχειρουργικής στη Λισαβόνα της Πορτογαλίας χρησιμοποιήθηκε και για την καρδιά το υλικό που χρησιμοποιείται και στις βαλβίδες του Καρπεντιέ. Πρόκειται για το περικάρδιο, τον ιστό που περιβάλλει την καρδιά όλων των θηλαστικών. Το περικάρδιο είναι βόειας προέλευσης και προτού αξιοποιηθεί για τις βαλβίδες ή για την τεχνητή καρδιά υφίσταται ένα πλύσιμο με έναν οργανικό διαλύτη (γλουταρική αλδεΰδη), πράγμα που εξασφαλίζει ότι ο ιστός αυτός δεν θα εκληφθεί από τον οργανισμό του ασθενούς ως ξένο σώμα και έτσι δεν θα υπάρξει ανοσολογική αντίδραση εναντίον του μοσχεύματος. Το κατεργασμένο περικάρδιο επιστρώνει τις μεμβράνες στο εσωτερικό των δύο κοιλιών. Καθώς από τη φύση του είναι πλούσιο σε ίνες κολλαγόνου, διαθέτει την απαραίτητη ευλυγισία, ενώ ταυτόχρονα είναι ανθεκτικό στο μηχανικό στρες που θα υφίσταται στο εσωτερικό της τεχνητής καρδιάς.

Ωστόσο οι ιδιότητες του περικαρδίου δεν ήταν τέτοιες που να επιτρέψουν την επίστρωση με αυτό όλων των χώρων της τεχνητής καρδιάς. Έτσι, στις πλευρές του τοιχώματος που διαχωρίζει τις δύο κοιλίες χρησιμοποιήθηκε ένα πορώδες πολυμερές υλικό που ονομάζεται ePTFE και το οποίο στα τεστ με ανθρώπινο αίμα έδωσε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα.

Τα υπόλοιπα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί και τα οποία θα έρχονται σε επαφή με τους ιστούς του ασθενούς είναι υλικά που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται στην ιατρική όπως το τιτάνιο και άλλα πολυμερή. Τέλος, προκειμένου να μειωθεί ακόμη περισσότερο ο κίνδυνος δημιουργίας θρόμβων, ο σχεδιασμός της καρδιάς είναι τέτοιος που αφενός να εξασφαλίζει την ομαλή ροή του αίματος, αφετέρου να αποτρέπει τη στασιμότητα του αίματος. Σύμφωνα με την προσομοίωση της ροής, το 99,5% του αίματος των κοιλιών ανανεώνεται με κάθε 5 χτύπους της καρδιάς.

Φυσικά για να γίνουν όλα τα παραπάνω απαιτείται ενέργεια. Η καρδιά λειτουργεί με μπαταρίες λιθίου οι οποίες προς το παρόν πρέπει να φορτίζονται κάθε τέσσερις ώρες. Καθώς όμως η κατά το δυνατόν μεγαλύτερη αυτονομία των ασθενών είναι ένα από τα ζητούμενα των γάλλων επιστημόνων, αυτή τη στιγμή σε συνεργασία με την εταιρεία Ρaxitech δημιουργούνται μπαταρίες οι οποίες θα φορτίζονται κάθε 12 ώρες. Η μικροσκοπική πρίζα για τις μπαταρίες θα εμφυτεύεται στο πίσω μέρος του αφτιού, που είναι μια περιοχή με μικρή πιθανότητα ανάπτυξης λοιμώξεων, ενώ η συσκευή τροφοδοσίας των μπαταριών δεν ζυγίζει περισσότερο από 3 κιλά και θα είναι φορητή.

Ο Αλέν Καρπεντιέ και οι συνεργάτες του φαίνεται ότι έχουν σκεφθεί και την παραμικρή λεπτομέρεια. Καθώς η τεχνητή καρδιά διαθέτει ανθρώπινες προδιαγραφές, δεν είναι δυνατόν να δοκιμαστεί σε πειραματόζωα, όπως απαιτούν οι συνήθεις προκλινικές δοκιμές. 

Οι επιστήμονες της Carmat όμως δεν θα μπορούσαν να μη δοκιμάσουν το επίτευγμά τους. Έχουν τοποθετήσει την καρδιά σε ένα πειραματικό σύστημα και τη δοκιμάζουν σε κατά το δυνατόν αληθινές συνθήκες: αίμα περνά από αυτή συνεχώς, ενώ οι συνθήκες μεταβάλλονται για να ανταποκρίνονται σε μια συνηθισμένη ημέρα ενός ασθενούς. Υπολογίζουν ότι στα τέλη του 2013 η καρδιά θα έχει λειτουργήσει για αρκετές ώρες ώστε να είναι βέβαιοι για την αξιοπιστία της σε βάθος χρόνου. Φυσικά, μόνο οι κλινικές δοκιμασίες θα δείξουν πράγματι αν η καρδιά του Καρπεντιέ θα μπορέσει να λύσει το πρόβλημα των χιλιάδων ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια που περιμένουν (συχνά ματαίως) ένα μόσχευμα. Αυτή τη στιγμή όλα είναι έτοιμα. Ακόμη και οι χειρουργοί έχουν εκπαιδευθεί.

http://www.european-hospital.com