Искусственное сердце — это устройство искусственного органа , заменяющее сердце . Искусственные сердца обычно используются, чтобы сократить время, необходимое для завершения операции по трансплантации сердца , но продолжаются исследования по разработке устройства, которое могло бы навсегда заменить сердце в случае трансплантации сердца (от умершего человека или, экспериментально, от умершего, генетически модифицированного). свинья) недоступен или нежизнеспособен. По состоянию на декабрь 2023 года [обновлять]на рынке имеется два устройства полного искусственного сердца; в обоих случаях они предназначены для временного использования сроком менее года для пациентов с полной сердечной недостаточностью, ожидающих трансплантации человеческого сердца.
Хотя в конце 1940-х годов этому предшествовали и другие подобные изобретения, первым искусственным сердцем, успешно имплантированным человеку, был Джарвик-7 в 1982 году, разработанный командой, в которую входили Виллем Йохан Колфф , Уильям ДеВрис и Роберт Джарвик . [1]
Искусственное сердце отличается от желудочкового вспомогательного устройства (VAD; для одного или обоих желудочков, нижних камер сердца), которое также может быть постоянным решением, или внутриаортального баллонного насоса — оба устройства предназначены для поддержки слабеющее сердце. Он также отличается от аппарата искусственного кровообращения , который представляет собой внешнее устройство, используемое для обеспечения функций сердца и легких , используемое только в течение нескольких часов за раз, чаще всего во время кардиохирургических операций . Он также отличается от аппарата искусственной вентиляции легких, используемого для поддержки отказавших легких, или от экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО), которая используется для поддержки людей с недостаточной функцией сердца и легких на срок до нескольких дней или недель, в отличие от аппарата шунтирования.
Синтетический заменитель сердца остается долгожданным «Святым Граалем» современной медицины. Очевидным преимуществом функционального искусственного сердца будет снижение потребности в трансплантации сердца, поскольку спрос на органы всегда значительно превышает предложение.
Хотя сердце концептуально представляет собой насос, оно воплощает в себе тонкости, которые не поддаются простой имитации с помощью синтетических материалов и источников питания. [ нужна цитата ] Искусственные сердца исторически имели проблемы как с биомедицинской точки зрения, в отношении свертывания крови и отторжения посторонних предметов, так и долговечности и практичности, относительно срока службы устройства, а также оборудования, необходимого для его работы.
С момента создания устройства искусственные сердца постоянно совершенствовались по мере развития медицинских технологий. Более поздние устройства, такие как сердце Carmat, были призваны улучшить своих предшественников за счет уменьшения осложнений, возникающих в результате имплантации устройства, таких как отторжение инородного тела и тромбов . [2]
Первое искусственное сердце изготовил советский учёный Владимир Демихов в 1938 году. Его имплантировали собаке.
2 июля 1952 года 41-летний Генри Опитек , страдавший от одышки, составил историю болезни в университетской больнице Харпера [3] при Университете штата Уэйн в Мичигане. Сердечный аппарат Dodrill -GMR , считающийся первым действующим механическим сердцем, успешно использовался при проведении операций на сердце. [4] [5] Текущие исследования проводились на телятах в Медицинском центре Херши , Центре исследований животных, в Херши, штат Пенсильвания, в 1970-х годах.
Форест Дьюи Додрилл , тесно сотрудничая с Мэтью Дадли, использовал аппарат в 1952 году для обхода левого желудочка Генри Опитека в течение 50 минут, пока тот открывал левое предсердие пациента и работал над восстановлением митрального клапана. В послеоперационном отчете Додрилла он отмечает: «Насколько нам известно, это первый случай выживания пациента, когда механический сердечный механизм использовался, чтобы взять на себя всю функцию организма по поддержанию кровоснабжения тела, в то время как сердце был открыт и прооперирован». [6]
Впервые аппарат искусственного кровообращения был использован в 1953 году во время успешной операции на открытом сердце. Джон Хейшам Гиббон , изобретатель аппарата, выполнил операцию и сам разработал заменитель искусственного кровообращения.
После этих достижений во многих исследовательских группах по всему миру возрос научный интерес к разработке решения для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.
В 1949 году докторами Уильямом Сьюэллом и Уильямом Гленном из Йельской медицинской школы был создан предшественник современного искусственного сердечного насоса с использованием монтажного набора , различных мелочей и игрушек из дешевого магазина. Внешний насос более часа успешно обходил сердце собаки. [7]
12 декабря 1957 года Виллем Йохан Колфф , самый плодовитый в мире изобретатель искусственных органов, имплантировал искусственное сердце собаке в клинике Кливленда. Собака прожила 90 минут.
В 1958 году Доминго Лиотта инициировал исследования замены TAH (тотального искусственного сердца) в Лионе, Франция, и в 1959–60 годах в Национальном университете Кордовы , Аргентина. Он представил свою работу на собрании Американского общества искусственных внутренних органов, состоявшемся в Атлантик-Сити в марте 1961 года. На этом собрании Лиотта описал имплантацию трех типов ортотопических (внутри перикардиального мешка) TAH собакам, каждый из которых использовал другой источник внешней энергии: имплантируемый электродвигатель, имплантируемый ротационный насос с внешним электродвигателем и пневматический насос. [8] [9]
Пол Винчелл разработал модель искусственного сердца с помощью Генри Геймлиха (изобретателя маневра Геймлиха ) и подал патент на искусственное сердце с механическим приводом, в котором используется роликовый механизм с кулачковым приводом для сжатия гибких пакетов с кровью, 6 февраля 1961 года. [10] Это противоречит популярному утверждению о том, что Винчелл подал патент летом 1956 года, а также противоречит утверждению, что Винчелл «изобрел» искусственное сердце . [11] Фактически, до представления Винчелла существовало два патента. Эти патенты были поданы 10 апреля 1956 г. [12] и 17 апреля 1959 г. [13] соответственно. Уинчелл также утверждает, что конструкция, указанная в его патенте, использовалась в более поздних моделях сердец Джарвика, утверждение, которое Роберт Джарвик, главный конструктор этих сердец, отрицает на том основании, что его сердца с пневматическим приводом имеют мало общего с сердцами Винчелла с механическим приводом. патент. [14]
В 1964 году Национальные институты здравоохранения начали программу искусственного сердца, целью которой было создание искусственного сердца человеку к концу десятилетия. [15] Целью программы была разработка имплантируемого искусственного сердца, включая источник питания, для замены отказавшего сердца. [16]
В феврале 1966 года Адриан Кантровиц приобрел международную известность, когда осуществил первую в мире постоянную имплантацию частичного механического сердца (вспомогательное устройство левого желудочка) в Медицинском центре Маймонида . [17]
В 1967 году Колфф покинул Кливлендскую клинику, чтобы открыть отделение искусственных органов в Университете Юты и продолжить работу над искусственным сердцем.
На протяжении многих лет более 200 врачей, инженеров, студентов и преподавателей разрабатывали, тестировали и улучшали искусственное сердце Колффа. Чтобы облегчить управление своими многочисленными начинаниями, Колфф назначил менеджеров проектов. Каждый проект был назван в честь своего руководителя. Аспирант Роберт Джарвик был руководителем проекта искусственного сердца, в честь которого линия искусственных сердец Jarvik получила свое название. Там врач-инженер Клиффорд Кван-Гетт изобрел два компонента интегрированной пневматической системы искусственного сердца: желудочек с полусферическими диафрагмами, которые не разрушали эритроциты (проблема с предыдущими искусственными сердцами), и внешний сердечный драйвер, который по своей сути регулировал кровоток. без необходимости сложных систем управления. [18] Джарвик также объединил несколько модификаций: яйцевидную форму, подходящую для размещения внутри грудной клетки человека, более совместимый с кровью полиуретан, разработанный биомедицинским инженером Дональдом Лайманом, и метод изготовления Кван-Гетта, который сделал внутреннюю часть желудочков гладкой и бесшовной. для уменьшения опасных тромбов, вызывающих инсульт. [19]
4 апреля 1969 года Доминго Лиотта и Дентон А. Кули заменили сердце умирающего человека механическим сердцем внутри грудной клетки в Техасском институте сердца в Хьюстоне в качестве моста для трансплантации. Мужчина очнулся и начал приходить в себя. Через 64 часа искусственное сердце с пневматическим приводом было удалено и заменено донорским. Однако через тридцать два часа после трансплантации мужчина умер от того, что, как позже выяснилось, было острой легочной инфекцией, распространившейся на оба легких и вызванной грибками, скорее всего, вызванными осложнением, вызванным приемом иммунодепрессантов . [20]
Оригинальный прототип искусственного сердца Лиотты-Кули, использованного в этой исторической операции, широко представлен на выставке «Сокровища американской истории » Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия [21].
Первое клиническое использование искусственного сердца, предназначенного для постоянной имплантации, а не моста для трансплантации, произошло в 1982 году в Университете Юты .
В 1981 году Уильям ДеВрис подал в FDA запрос на разрешение имплантировать Джарвик-7 человеку. 1 декабря 1982 года Уильям ДеВрис имплантировал искусственное сердце Джарвик-7 Барни Кларку, стоматологу на пенсии из Сиэтла, у которого была тяжелая застойная сердечная недостаточность . Дело Кларка получило широкую огласку и привлекло большое внимание средств массовой информации, привлекая внимание телевизионных сетей, газет и периодических изданий. Кларк прожил 112 дней, будучи привязанным к консоли пневматического привода UtahDrive, устройству весом около 400 фунтов (180 кг). За это время Кларку потребовалось несколько повторных операций, у него были судороги, длительные периоды спутанности сознания и несколько случаев кровотечения, и он несколько раз просил дать ему умереть. Кларк, однако, по-прежнему считал, что участие в первом эксперименте было важным вкладом в медицину, и сохранял в целом позитивный взгляд на свое состояние. [22] [23] Барни Кларк умер 23 марта 1983 года от полиорганной недостаточности. Несмотря на сложности, ДеВрис посчитал дело Кларка успешным. [24]
Впоследствии ДеВрис перевел свою практику в больницу Humana Hospital Audubon в Луисвилле, Кентукки, чтобы продолжить исследования с использованием Jarvik-7. Первым пациентом ДеВриса с искусственным сердцем в Луисвилле был Билл Шредер . 25 ноября 1984 года ДеВрис заменил отказавшее сердце Шредера на Джарвик-7. Как и Кларк, Шредер страдал от кровотечения, для устранения которого потребовалась повторная операция. В первые недели перспективы были хорошими, Шредеру разрешили выпить банку пива Coors, и ему позвонил президент Рейган , в котором он, как известно, попросил президента сообщить обновленную информацию о просроченной проверке социального обеспечения. [25] Однако через 19 дней после операции Шредер перенес первый из четырех инсультов . Несмотря на это, его выздоровление продолжалось, и ему разрешили какое-то время жить в специально оборудованной квартире рядом с больницей, а также использовать недавно разработанный портативный привод для сердца с батарейным питанием, что позволило ему выйти из больницы. на короткие периоды. Здоровье Шредера продолжало ухудшаться, поскольку за время, проведенное с искусственным сердцем, его преследовали еще три инсульта. Он умер 6 августа 1986 года от осложнений, вызванных инсультом, дыхательной недостаточностью и сепсисом, после 620 дней пребывания с искусственным сердцем. [26]
Еще трем пациентам «Ярвик-7» был установлен в качестве постоянного сердца. Мюррей Хейдон, третий пациент ДеВриса, получил Джарвик-7 17 февраля 1985 года. У Хейдона были проблемы с легкими, и ему пришлось находиться на аппарате искусственной вентиляции легких на протяжении всего времени, пока он находился с искусственным сердцем. Хейдон умер от инфекции и почечной недостаточности 19 июня 1986 года, пролежав 488 дней с искусственным сердцем. 7 апреля 1985 года доктор Бьярне Семб из Каролинской больницы в Стокгольме, Швеция, имплантировал Ярвик-7 шведскому бизнесмену Лейфу Стенбергу. Стенберг прожил 229 дней без происшествий с сердцем, но перенес инсульт и впоследствии умер 21 ноября 1985 года. Джек Берчем был четвертым и последним пациентом ДеВриса, получившим Джарвик-7 в качестве целевой терапии. Берчем получил свое сердце 14 апреля 1985 года, но из-за осложнений, вызванных размером устройства, кровотечения и почечной недостаточности, Берчем умер всего через 10 дней, 25 апреля 1985 года. [27]
В середине 1980-х годов искусственные сердца приводились в движение большими консолями с пневматическим приводом. Более того, чтобы доставить пневматические импульсы к имплантированному сердцу, пришлось пересечь стенку тела двум толстым катетерам, что значительно увеличивало риск заражения. Чтобы ускорить разработку технологий нового поколения, Национальный институт сердца, легких и крови объявил конкурс на имплантируемые искусственные сердца с электрическим приводом. Финансирование получили три группы: Кливлендская клиника в Кливленде, штат Огайо; Медицинский колледж Университета штата Пенсильвания ( Медицинский центр Пенсильвании им. Милтона С. Херши ) в Херши, штат Пенсильвания; и AbioMed, Inc. из Дэнверса, Массачусетс. Несмотря на значительный прогресс, программа Кливленда была прекращена по прошествии первых пяти лет.
19 июля 1963 года Э. Стэнли Кроуфорд и Доминго Лиотта имплантировали первое клиническое вспомогательное устройство для левого желудочка (LVAD) в Методистской больнице в Хьюстоне, штат Техас, пациенту, у которого после операции произошла остановка сердца. Пациент прожил четыре дня при механической поддержке, но не оправился от осложнений остановки сердца; наконец, насос был прекращен, и пациент умер.
21 апреля 1966 года Майкл Дебейки и Лиотта имплантировали первый клинический LVAD в паракорпоральной позиции (где внешний насос находится сбоку от пациента) в Методистской больнице в Хьюстоне пациенту, испытывающему кардиогенный шок после операции на сердце. У пациента развились неврологические и легочные осложнения, и он умер через несколько дней после механической поддержки LVAD. В октябре 1966 года Дебейки и Лиотта имплантировали паракорпоральный LVAD Лиотты-Дебейки новому пациенту, который хорошо выздоровел и был выписан из больницы после 10 дней механической поддержки, что стало первым успешным применением LVAD для лечения посткардиотомического шока.
В 1990 году Брайан Уильямс был выписан из Медицинского центра Университета Питтсбурга (UPMC), став первым пациентом с VAD, выписанным с одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). [29] Пациенту частично помогали биоинженеры из Института Макгоуэна при Питтсбургском университете. [29] [30]
SynCardia Systems — компания, базирующаяся в Тусоне, штат Аризона, которая в настоящее время имеет две отдельные модели искусственного сердца. Он доступен в размерах 70cc и 50cc. Модель 70cc используется при бивентрикулярной сердечной недостаточности у взрослых мужчин, а модель 50cc — у детей и женщин. [31] По состоянию на 2014 год более 1250 пациентов получили искусственные сердца SynCardia. [32] [33]
Устройство имеет две системы привода, доступные для использования пациентами; больничный драйвер Companion 2, одобренный FDA в 2012 году, или система Freedom Driver System, одобренная в 2014 году. Companion 2 заменил консоль системы поддержки кровообращения, которая была исходной системой привода сердца. Система Freedom Driver — это компактный портативный драйвер, обеспечивающий большую мобильность и позволяющий некоторым пациентам вернуться домой. [34] [35] Для питания сердца водители посылают импульсный воздух через трансмиссию в сердце. Драйверы также контролируют кровоток для каждого желудочка. [36]
В 1991 году права на «Ярвик-7» были переданы компании «КардиоВест», которая возобновила исследования сердца. После хороших результатов использования TAH в качестве моста к трансплантации сердца , испытание CardioWest TAH было начато в 1993 году и завершено в 2002 году. [37] После завершения этого испытания CardioWest стала SynCardia. Полностью искусственное сердце SynCardia было впервые одобрено к использованию в 2004 году Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США . [34]
Хотя конструкция SynCardia аналогична конструкции Jarvik-7, на протяжении всего срока службы в нее вносились улучшения, снижающие вероятность инсульта и кровотечения. [33] Продолжительность жизни при поддержке устройства также значительно увеличилась: один пациент поддерживается устройством более 1700 дней. [38]
В 2016 году SynCardia подала заявление о банкротстве и позже была приобретена частной инвестиционной компанией Versa Capital Management. [39] В 2021 году SynCardia была приобретена Hunniwell Lake Ventures в рамках ее портфельной компании Picard Medical. [40] В апреле 2023 года SynCardia подала заявку на то, чтобы стать публичной компанией через SPAC . [41]
27 октября 2008 года французский профессор и ведущий специалист по трансплантации сердца Ален Ф. Карпантье объявил график, согласно которому полностью имплантируемое искусственное сердце будет готово для клинических испытаний к 2011 году и для альтернативной трансплантации в 2013 году. Оно было разработано и будет произведено. его биомедицинской фирмой CARMAT SA, [42] и фирмой венчурного капитала Truffle Capital. В прототипе использовались встроенные электронные датчики, и он был изготовлен из химически обработанных тканей животных, называемых «биоматериалами», или «псевдокожи» из биосинтетических микропористых материалов . [43]
Согласно пресс-релизу компании Carmat от 20 декабря 2013 г., первая имплантация искусственного сердца 75-летнему пациенту была проведена 18 декабря 2013 г. командой Европейской больницы Жоржа Помпиду в Париже (Франция). [44] Пациент умер через 75 дней после операции. [45]
В конструкции Кармата, получившей название Aeson, каждая из двух камер разделена мембраной, удерживающей гидравлическую жидкость с одной стороны. Насос с электроприводом перемещает гидравлическую жидкость в камеры и из них. Перекачиваемая жидкость заставляет мембрану двигаться, заставляя кровь перекачиваться через сердце. Сторона мембраны, обращенная к крови, сделана из ткани, полученной из мешка, окружающего сердце коровы, чтобы сделать устройство более биосовместимым. В устройстве Carmat также используются клапаны, изготовленные из ткани сердца коровы, и датчики для обнаружения повышенного давления внутри устройства. Информация о сердечной деятельности отправляется в систему внутреннего контроля, которая может регулировать скорость потока в ответ на повышенную потребность, например, когда пациент занимается спортом. [46]
Carmat Aeson предназначен для использования в случаях терминальной сердечной недостаточности, а не в качестве устройства-моста, пока пациент ожидает трансплантации. [47] При весе 900 граммов он весит почти в три раза больше обычного сердца и предназначен в первую очередь для мужчин, страдающих ожирением. Пациенту также необходимо иметь при себе дополнительную литий-ионную батарею. Прогнозируемый срок службы искусственного сердца составляет около 5 лет (230 миллионов ударов). [48]
В 2016 году испытания «полностью искусственного сердца» Carmat были запрещены Национальным агентством безопасности и медицины Европы после того, как были подтверждены низкие показатели выживаемости. Запрет был снят в мае 2017 года. Тогда в европейском отчете говорилось, что клеточная терапия Celyad C-Cure при ишемической сердечной недостаточности [49] «может помочь только небольшой группе участников исследования фазы III, и Carmat надеется, что ее искусственное сердце смогут лечить большее количество пациентов с сердечной недостаточностью». [50]
Искусственное сердце Carmat было одобрено для продажи в Европейском Союзе и получило маркировку CE 22 декабря 2020 года. [51] По состоянию на декабрь 2023 года [update]Carmat доступен только в Европе в качестве моста для трансплантации на срок до 180 дней в ожидании трансплантации сердца человеку. В США он доступен только в ходе клинических испытаний. [52]
Искусственный сердечный насос армии США представлял собой компактное устройство с пневматическим приводом, разработанное Кеннетом Вудвордом из лаборатории Harry Diamond Laboratories в начале-середине 1960-х годов. [53] [54] Армейский сердечный насос был частично изготовлен из плексигласа и состоял из двух клапанов, камеры и всасывающей заслонки. [53] Насос работал без каких-либо движущихся частей по принципу усиления жидкости, создавая пульсирующий источник давления воздуха, напоминающий сердцебиение. [54]
Линия сердец Jarvik была разработана ныне несуществующей компанией по производству медицинского оборудования Symbion исследователями медицинского оборудования Виллемом Колффом и Робертом Джарвиком совместно с Университетом Юты. Эти сердца были разработаны в ходе испытаний на животных, кульминацией которых стал Jarvik-7 100, оригинальная модель, которая использовалась в первых клинических испытаниях сердца. Сердца Джарвика-7 были изготовлены в основном из биосовместимых пластиков и полимеров. Эти сердца использовали четыре клапана Medtronic-Hall и состояли из двух «желудочков», содержащих многослойные диафрагмы с низким напряжением. [55] Джарвик-7 приводился в движение пневматически с помощью двух чрескожных приводных линий, прикрепленных к большой консоли привода на сжатом воздухе, первоначально называвшейся «Ютадрайв». Приводная консоль содержала две независимые приводные системы для резервирования, устройства записи данных и резервные баллоны со сжатым воздухом. [56]
Позже Джарвик-7 был разработан в меньшем варианте объемом 70 куб.см, чтобы он лучше подходил для грудной клетки большего числа пациентов. Еще одной разработкой, появившейся в Джарвик-7, стало появление портативной приводной системы с батарейным питанием размером с портфель, которой позже воспользовались пациенты.
Вопреки распространенному мнению и ошибочным статьям в ряде периодических изданий, сердце Джарвика-7 не было навсегда запрещено к использованию. После враждебного поглощения предприятия Symbion в 1990 году утратили соответствие требованиям FDA и потребовали уничтожения устройств. После того, как права на устройство были переданы тогдашней CardioWest Technologies, в 1993 году было одобрено исследовательское исследование. В 2003 году CardioWest Technologies стала SynCardia, которая в настоящее время производит современную версию Jarvik-7, известную как временное полное искусственное сердце SynCardia . [55]
С 1991 года Фонд развития кардиохирургии (FRK) в Забже , Польша, занимается разработкой искусственного сердца. В настоящее время [ когда? ] Польская система поддержки сердца POLCAS состоит из искусственного желудочка POLVAD-MEV и трех контроллеров POLPDU-401, POLPDU-402 и POLPDU-501. Представленные аппараты рассчитаны на обслуживание только одного пациента. Блоки управления серий 401 и 402 из-за больших размеров, способа управления и типа питания могут использоваться только в больнице. Блок управления [57] серии 501 – новейшая разработка компании FRK. Благодаря гораздо меньшим размерам и весу это значительно более мобильное решение. По этой причине его также можно использовать во время контролируемого лечения, проводимого вне больницы. [ нужна цитата ]
В июне 1996 года 46-летнему мужчине была произведена полная имплантация искусственного сердца, выполненная Дженг Вэем в больнице общего профиля Чэн-Синь [58] на Тайване . Это технологически продвинутое пневматическое полное искусственное сердце Phoenix-7 было изготовлено тайваньским стоматологом Кельвином К. Ченгом , китайским врачом Т.М. Као и коллегами из Тайваньского исследовательского центра TAH в Тайнане , Тайвань . При использовании этого экспериментального искусственного сердца АД пациента поддерживалось на уровне 90–100/40–50 мм рт. ст., а сердечный выброс – на уровне 4,2–5,8 л/мин. [59] Затем пациенту была проведена первая в мире успешная комбинированная трансплантация сердца и почки после установки полного искусственного сердца. [60]
Первый AbioCor , имплантированный пациенту хирургическим путем, состоялся 3 июля 2001 года. [61] AbioCor изготовлен из титана и пластика и весит 0,9 кг (два фунта), а его внутреннюю батарею можно заряжать с помощью трансдукционного устройства. который посылает энергию через кожу. [61] Встроенной батареи хватает на полчаса, а носимой внешней аккумуляторной батареи — на четыре часа. [62] 5 сентября 2006 г. FDA объявило, что AbioCor может быть имплантирован в гуманитарных целях после того, как устройство было протестировано на 15 пациентах. [63] Он предназначен для пациентов в критическом состоянии, которым не может быть произведена трансплантация сердца. [63] Некоторые ограничения нынешнего AbioCor заключаются в том, что его размер делает его подходящим для менее чем 50% женского населения и только около 50% мужского населения, а срок его полезного использования составляет всего 1–2 года. [64]
Объединив клапанные желудочки с технологией управления и роликовым винтом, разработанными в Университете штата Пенсильвания, компания AbioMed разработала меньшее по размеру и более стабильное сердце — AbioCor II. Этот насос, который должен быть имплантирован большинству мужчин и 50% женщин с продолжительностью жизни до пяти лет, [64] прошел испытания на животных в 2005 году, и компания надеялась получить одобрение FDA для использования на людях в 2008 году. [65] ] После долгих экспериментов AbioMed отказалась от разработки полностью искусственного сердца с 2015 года. [66] С 2019 года Abiomed продает только сердечные насосы, [67] «предназначенные для помощи в перекачивании крови у пациентов, нуждающихся в краткосрочной поддержке ( до 6 дней)», [68] которые не являются тотальными искусственными сердцами.
12 марта 2011 года О.Г. Фрейзер и Уильям Кон имплантировали экспериментальное искусственное сердце 55-летнему Крейгу Льюису в Техасском институте сердца в Хьюстоне . Устройство представляет собой комбинацию двух модифицированных помп HeartMate II и прошло испытания на крупном рогатом скоте. [69]
На данный момент искусственное сердце Фрейзера и Кона помогло только одному человеку. Крейг Льюис заболел амилоидозом в 2011 году и обратился за лечением. Получив разрешение от его семьи, Фрейзер и Кон заменили его сердце своим устройством. Льюис прожил еще 5 недель после операции; в конце концов он умер от печеночной и почечной недостаточности из-за амилоидоза, после чего его семья попросила отключить его искусственное сердце. [70]
10 июля 2017 года Николас Корс и его коллеги представили новую концепцию мягкого тотального искусственного сердца в журнале Journal of Artificial Organs. [71] Сердце было разработано в Лаборатории функциональных материалов ETH Zurich . [72] (Корс числился докторантом в группе под руководством профессора Венделина Старка в ETH Zurich.) [73]
Мягкое искусственное сердце (САК) представляет собой силиконовый моноблок, изготовленный с помощью технологии 3D-биопечати . Он весит 390 г, имеет объем 679 см 3 и работает от сжатого воздуха. «Наша цель — разработать искусственное сердце примерно такого же размера, как собственное сердце пациента, и которое максимально точно имитирует человеческое сердце по форме и функциям», — сказал Корс в интервью. [74] САК по своей сути движется и работает как естественное сердце, но прототип выполнял только 3000 ударов (примерно от 30 до 50 минут при средней частоте сердечных сокращений) [75] в гибридном имитационном аппарате кровообращения [ нужна ссылка ] до применения силикона. Разрыв мембраны (толщиной 2,3 мм) между левым желудочком и камерой расширения воздуха. [76]
Согласно отчетам в начале 2018 года, срок службы более свежего прототипа Cohrs (с использованием различных полимеров вместо силикона) [ нужна ссылка ] все еще был ограничен, при этом срок службы этой модели составлял 1 миллион ударов сердца, что примерно десять дней для человека. тело. [77] В то время Корс и его команда экспериментировали с программным обеспечением САПР и 3D-печатью, стремясь разработать модель, которая прослужит до 15 лет. «Мы не можем точно предсказать, когда у нас появится окончательно работающее сердце, отвечающее всем требованиям и готовое к имплантации. Обычно на это уходят годы», — сказал Корс. [ нужна цитата ]
Основанная в 2008 году компания BiVACOR занимается разработкой тотального искусственного сердца на основе роторно-центробежного насоса. Исследователи искусственного сердца и кардиологи О.Г. Фрейзер и Уильям Кон входят в совет директоров компании BiVACOR. Сердце BiVACOR стремится улучшить искусственное сердце, используя крыльчатку, поднимающуюся на магнитной подушке, которая уменьшает тромбообразование и имеет только одну движущуюся часть. Это также уменьшает размер и сложность, а также требует только аккумуляторной батареи для работы. Сердце BiVACOR не является пульсирующим, как предыдущие сердца, и не содержит клапанов, но способно генерировать «биения» за счет быстрого изменения скорости крыльчатки. [78] [79] BiVACOR был протестирован в качестве замены сердца у овцы. [80] [81]
10 ноября 2023 года сердце BiVACOR получило разрешение FDA в рамках исключения для исследуемого устройства для использования в испытаниях на людях. [82]
В качестве искусственного сердца можно использовать центробежный насос [ 83] [84] или осевой насос [85] [86] , в результате чего пациент остается живым без пульса .
Описано центробежное искусственное сердце, которое поочередно качает малый и большой круг кровообращения , вызывая пульс. [87]
Исследователи построили сердце из пенопласта. Сердце сделано из гибкого силикона и работает с внешним насосом, проталкивающим воздух и жидкости через сердце. В настоящее время его нельзя имплантировать людям, но он предлагает новую концепцию искусственного сердца. [88]
Пациенты, у которых еще сохранилась функция сердца, но которые больше не могут нормально жить, могут быть кандидатами на желудочковые вспомогательные устройства (VAD), которые не заменяют человеческое сердце, а дополняют его, взяв на себя большую часть функций. [1]
Первая система вспомогательного устройства левого желудочка (LVAD) была создана Доминго Лиоттой в Медицинском колледже Бэйлора в Хьюстоне в 1962 году. [89]
Другой VAD, Kantrowitz CardioVad, разработанный Адрианом Кантровицем , стимулирует работу сердца, взяв на себя более 50% его функций. [90] Кроме того, VAD может помочь пациентам, стоящим в списке ожидания на трансплантацию сердца. У молодого человека это устройство может отсрочить необходимость трансплантации на 10–15 лет или даже позволить сердцу восстановиться, и в этом случае ДВА можно будет удалить. [90] Искусственное сердце питается от батареи, которую нужно менять несколько раз, пока она работает. [ нужна цитата ]
Первое сердечное вспомогательное устройство было одобрено FDA в 1994 году, еще два получили одобрение в 1998 году. [91] В то время как оригинальные вспомогательные устройства имитировали пульсацию сердца, новые версии, такие как Heartmate II, [92] были разработаны Техасской компанией. Институт сердца Хьюстона обеспечивает непрерывный поток. Эти насосы (которые могут быть центробежными или осевыми ) меньше по размеру, потенциально более долговечны и служат дольше, чем нынешнее поколение насосов для полной замены сердца. Еще одним важным преимуществом VAD является то, что у пациента сохраняется естественное сердце, которое все еще может функционировать для временной резервной поддержки, если механический насос остановится. Это может обеспечить достаточную поддержку, чтобы сохранить жизнь пациенту до тех пор, пока не будет реализовано решение проблемы. [ нужна цитата ]
В августе 2006 года искусственное сердце было имплантировано 15-летней девочке в детской больнице Столлери в Эдмонтоне , Альберта . Он должен был служить временным приспособлением до тех пор, пока не будет найдено донорское сердце. Вместо этого искусственное сердце (так называемое « Берлинское сердце ») позволило происходить естественным процессам, и ее сердце зажило само по себе. Через 146 дней Берлинское сердце удалили, и сердце девочки заработало самостоятельно. [93] 16 декабря 2011 года «Берлинское сердце» получило одобрение FDA США . С тех пор устройство было успешно имплантировано нескольким детям, включая 4-летнюю гондурасскую девочку, в Детской больнице Бостона . [94]
Несколько желудочковых вспомогательных устройств с непрерывным потоком были одобрены для использования в Европейском Союзе и по состоянию на август 2007 года проходили клинические испытания для получения одобрения FDA.
В 2012 году 55-летний техасец Крейг Льюис поступил в Техасский институт сердца с тяжелым случаем сердечного амилоидоза . Ему сделали экспериментальную трансплантацию искусственного сердца с непрерывным потоком, которая спасла ему жизнь. Льюис умер через 5 недель от печеночной недостаточности, впав в кому из-за амилоидоза . [95]
В 2012 году исследование, опубликованное в Медицинском журнале Новой Англии, сравнило Берлинское сердце с экстракорпоральной мембранной оксигенацией (ЭКМО) и пришло к выводу, что «желудочковое вспомогательное устройство доступно в нескольких размерах для использования у детей в качестве моста к трансплантации сердца [например, Berlin Heart] было связано со значительно более высоким уровнем выживаемости по сравнению с ЭКМО». [96] Основной автор исследования, Чарльз Д. Фрейзер-младший, главный хирург Техасской детской больницы, объяснил: «Благодаря Берлинскому сердцу у нас есть более эффективная терапия, которую мы можем предложить пациентам на более ранних этапах лечения сердечной недостаточности. мы общаемся с родителями, у нас есть реальные данные, которые мы можем предложить, чтобы они могли принять обоснованное решение. Это гигантский шаг вперед». [97]
Страдая последней стадией сердечной недостаточности, бывший вице-президент Дик Чейни в июле 2010 года прошел процедуру в больнице INOVA Fairfax Hospital в Фэрфаксе, штат Вирджиния, где ему имплантировали Heartmate II VAD. [1] В 2012 году ему сделали трансплантацию сердца в возрасте 71 года после 20 месяцев ожидания.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)коммерчески доступен ТОЛЬКО в Европе… в качестве моста для трансплантации у пациентов… которым может быть произведена трансплантация сердца в течение 180 дней после имплантации устройства… В США Aeson® в настоящее время доступен исключительно в рамках клинических испытаний.
Венделин Старк, профессор инженерии функциональных материалов в Швейцарском научно-техническом университете, вместе со своим докторантом Николасом Корсом и другими исследователями изготовил пульсирующее сердце, используя технику литья из воска.
Швейцарская группа опубликовала результаты в журнале «Искусственные органы» в прошлом году. Сердце продержалось 3000 ударов, или около 30 минут, прежде чем разорвалось. «Он всегда разрывался в одном и том же месте», — сказал Корс. В настоящее время они работают над новым прототипом с оптимизированной геометрией для устранения структурных проблем, а также над новым, более прочным материалом. В последнем тесте новый прототип продержался 1 миллион ударов, прежде чем эксперимент прекратили.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)(28 августа 2007 г.), Capital Health, Эдмонтон (архивировано из «Berlin Heart». Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г. Проверено 29 августа 2007 г. ).оригинал) 1 октября 2007 г.