översikt

under andra hälften av det tjugonde århundradet blev kranskärlssjukdom den främsta dödsorsaken i rika, industrialiserade länder. Dessutom orsakades mer än hälften av dödsfallen i USA av hjärt-kärlsjukdomar. Många av dessa dödsfall kunde ha förhindrats av aggressiv hantering och kirurgiska ingrepp, inklusive hjärttransplantationsoperationer. Bristen på givarhjärtan ledde emellertid till hopp om att en helt implanterbar mekanisk anordning kunde övervinna bristen och undvika problemet med immunologisk avstötning, men tidiga försök att implantera permanenta konstgjorda hjärtan kritiserades som för tidiga mänskliga experiment. Faktum är att kontroverserna som uppstod av experimentella implantationer på 1960-talet kan ha hämmat utvecklingen av en permanent hjärtersättning. Den dåliga livskvaliteten från artificiella hjärtan ledde istället till ansträngningar för att utveckla en ny generation av vänsterkammarhjälpmedel.

Bakgrund

det mänskliga hjärtat är ett anmärkningsvärt organ—lite större än en knytnäve—som slår över 100 000 gånger om dagen utan vila. I en genomsnittlig vuxen pumpar hjärtat mer än 4 300 gallon (16 000 liter) blod om dagen genom nästan 100 000 miles (161 000 km) blodkärl. Michael E. DeBakey, en pionjär inom hjärtkirurgi, som har kallats ”Texas Tornado”, föreställde sig hjärtat som bara en pump, förutspådde att en mekanisk enhet kunde duplicera sin huvudfunktion. Konstgjorda hjärtan går faktiskt tillbaka till 1957, då Willem Kolff, uppfinnare av den artificiella njuren, och Tetsuzo Akutsu implanterade ett experimentellt hjärta i djur. Kolffs modellhjärta höll en hund vid liv i 36 timmar. Hjärtspecialister och forskare har bedrivit fyra allmänna metoder för hjärtersättning: konstgjorda hjärtan, transplantation av givarhjärtor, hjälpanordningar som ersätter bara en del av det naturliga hjärtat och ersättningshjärtor som utvecklats av vävnadstekniska tekniker i laboratoriet eller hjärtan som odlas i genetiskt förändrade djur.

det ideala konstgjorda hjärtat skulle fungera väsentligen underhållsfritt under många år inom den heta, fuktiga, frätande inre miljön i kroppen. Utformningen av ett framgångsrikt konstgjort hjärta skulle behöva övervinna de svårigheter som har avslöjats sedan de första sådana enheterna testades på 1960-talet: skador på blodet som orsakas av kontakt med konstgjorda material, avstötning av ersättningshjärtat av kroppens immunsystem, svårigheter att leverera tillräckligtkraft till pumpen utan anslutningar genom huden, miniatyrisering av pumparna tillräckligt för användning hos barn och små vuxna och justering av blodflödet som svar på fysiologisk stress. Även om de konstgjorda hjärtan som utvecklats under 1990-talet kan lösa många av dessa problem, kommer dessa enheter förmodligen inte att bli praktiska eller rutinmässiga på många år. Faktum är att historien om det konstgjorda hjärtat är en historia av kontroversiella fall.

Impact

studier utförda av Institute of Medicine på 1990-talet uppskattade att 10 000 till 20 000 amerikaner per år kunde vara kandidater för ett totalt artificiellt hjärta och ytterligare 25 000 till 50 000 kan behöva en vänster ventrikulär hjälpanordning. Hjärtsvikt påverkar cirka 5 miljoner amerikaner per år; dessutom ökade dödligheten från hjärtsvikt trefaldigt mellan 1974 och 1994. Olika former av konstgjorda pumpar har gett tillfälliga ”broar”, vilket håller patienterna vid liv medan de väntar på en transplantation, men antalet donerade hjärtan är bara cirka 2000 per år. För många patienter kan assistpumpar, även kända som left ventricular assist devices (LVAD), vara mer praktiska än att ersätta hela hjärtat. DeBakey började arbeta med ett konstgjort hjärta och relaterade enheter 1960. Han uppfann en enkel blodpump, LVAD, som kunde hjälpa hjärtat medan en patient väntade på en transplantation. 1966 genomförde DeBakey den första mänskliga implantationen av en LVAD.

en av de mest dramatiska händelserna i nittonhundratalets kirurgi inträffade 1967, då Christiaan Barnard (1922 -), en sydafrikansk kirurg, utförde den första mänskliga hjärttransplantationen. (I många fall kan hjärtsjukdom vara så allvarlig att en patient kanske inte överlever väntan på ett givarhjärta.) Försök att använda djurorgan, såsom Leonard Baileys 1984-transplantation av en babians hjärta till en nyfödd, som identifierades som Baby Fae, slutade i misslyckande. Därför gav bristen på givarorgan en stor drivkraft för utvecklingen av ett konstgjort hjärta.

den 4 April 1969 utförde Denton A. Cooley den första mänskliga implantationen av ett totalt konstgjort hjärta när han använde en enhet utvecklad av Domingo Liotta för att upprätthålla Haskell Karps liv. Karp var en 47-årig patient som var i hjärtsvikt efter operation för en vänster ventrikulär aneurysm. Karp bodde med det konstgjorda hjärtat i bröstet i 65 timmar men dog strax efter att ha fått en hjärttransplantation. DeBakey hävdade att hjärtat Cooley använde var identiskt med ett under utveckling i sitt laboratorium och att Cooley hade använt det utan tillstånd. Eftersom enheten hade använts med endast begränsad framgång hos kalvar, DeBakey ansåg mänsklig implantation för tidig och oklok. Även om Cooley hade fått samtycke till operationen från patienten, hade han inte sökt tillstånd från hospital review board eller från federala myndigheter. Han och Liotta trodde att tillstånd inte skulle ha beviljats och att de skulle ha förlorat ett perfekt tillfälle att utföra experimentet. Arbetsförhållandet mellan Cooley och DeBakey förstördes av kontroversen omringade Karp-operationen.

Sedan tog Karps Änka en felaktig dödsdräkt mot Cooley. Hon hävdade att hon och hennes man inte hade blivit fullt informerade om riskerna med det experimentella förfarandet. Domaren avfärdade ärendet och beslutade att patienten hade gett informerat samtycke och att sjukhuset och kirurgerna grundligt hade informerat patienten om riskerna med förfarandet och den låga sannolikheten för fullständig återhämtning eller överlevnad. Beslutet i detta fall betraktas som ett landmärke i utvecklingen och genomförandet av medicinsk teknik.

1981 utförde Cooley en annan kontroversiell operation, implantationen av ett totalt artificiellt hjärta utvecklat av Tetsuzo Akutsu. Den 36-åriga patienten upprätthölls på det konstgjorda hjärtat i 55 timmar tills ett givarhjärta var tillgängligt för transplantation. Robert Jarvik, en läkare och biomedicinsk ingenjör, kontaktade DeBakey om att testa en liknande enhet, känd som Jarvik-7, men DeBakey vägrade eftersom han inte trodde att enheten var redo för mänskligt bruk. Ett år senare implanterade William DeVries i samarbete med Jarvik Jarvik-7-hjärtat i bröstet på Barney Clark, en 61-årig Seattle-tandläkare som dör av hjärtsvikt.

i motsats till Karp-fallet, där det konstgjorda hjärtat implanterades som en bro för transplantation, avsåg DeVries och Jarvik att använda sitt konstgjorda hjärta som en permanent ersättning för det sjuka hjärtat. Clark, som överlevde i 112 dagar på det konstgjorda hjärtat, hedrades av medlemmar av implantatteamet som en ”sann pionjär” som förstod att han deltog i ett experiment som osannolikt skulle rädda sitt liv men en som skulle ge information för att hjälpa biomedicinsk vetenskap och andra patienter.

fem liknande implantat utfördes genom 1985. Den längsta överlevande var William Schroeder, som fick stöd av Jarvik-7 i 620 dagar. Skådespelet av den dåliga livskvaliteten och smärtsamma komplikationer som uthärdades av patienter som Clark och Schroeder skapade en betydande allmän motreaktion mot det konstgjorda hjärtat. Dessutom drog många läkare, forskare, etiker och beslutsfattare slutsatsen att användningen av det konstgjorda hjärtat var för tidigt och att det skulle vara långt in i nästa århundrade innan en ny generation av konstgjorda hjärtan förbättrade patienternas liv avsevärt. Problemen i samband med implanterbara konstgjorda hjärtan ledde så småningom till en allmän enighet om att en assistansenhet skulle vara mer praktisk och fördelaktig för patienter. Det ursprungliga syftet med LVADs var att hålla människor med terminal hjärtsvikt vid liv tills ett givarhjärta blev tillgängligt. På detta sätt användes Jarvik-7 senare hos hundratals patienter som en bro till transplantation.

i början av 1990-talet användes sofistikerade LVAD rutinmässigt på sjukhus över hela världen. Många av de tidiga enheterna var dock för stora för användning hos barn och små vuxna. Forskare fokuserade således på utvecklingen av en liten, men ändå kraftfull LVAD. DeBakey och andra var tvungna att utföra några av sina experiment och kliniska prövningar i Europa eftersom statliga regler om kliniska prövningar var strängare i USA. Innovativa lösningar på problemet med att skapa en bättre pump växte fram ur ett samarbete mellan DeBakey och National Aeronautics and Space Administration (NASA) forskare. (Detta samarbete uppstod efter en operation som DeBakey hade utfört på David Saussier, en NASA-ingenjör.

DeBakey Ventricular Assist Device (VAD), en miniatyriserad pump ungefär en tiondel av storleken på de äldre enheterna, orsakade mindre skador på blodceller, krävde mindre än åtta watt effekt och kunde laddas genom huden. Många andra experimentella enheter genomgick också testning 1998, då den 90-årige DeBakey åkte till Tyskland för att övervaka de första mänskliga försöken av hans VAD personligen. Sex patienter totalt, den första, som var i kritiskt tillstånd vid operationens gång, dog sex veckor senare. Den andra hade sin enhet borttagen på grund av bildandet av blodpropp i mekanismen, men två andra patienter kunde lämna sjukhuset med enheten fortfarande på plats.

den nya generationen LVADs erbjuder hopp till många patienter på grund av ett oväntat fenomen som rapporterats av flera hjärttransplantationscentra. Några av de patienter som använde LVAD medan de väntade på ett givarhjärta återhämtade sig faktiskt. Uppenbarligen återvände den fullständiga vilan till vänster ventrikel som tillhandahålls av LVAD hjärtsvikt i betydande utsträckning och förstorade hjärtceller återvände till normal storlek. Därför kan LVAD också användas som en ” bro till återhämtning.”

förutom mänskliga hjärttransplantationer och mekaniska hjärtan tror vissa forskare att djurvävnader och organ eller kombinationer av levande celler med konstgjorda material så småningom kommer att användas för att hjälpa eller ersätta sjuka hjärtan. Forskare försöker nu växa hjärtmuskelvävnad, hjärtklaffar och blodkärl i laboratoriet; detta tillvägagångssätt kallas vävnadsteknik. Eftersom ett helt hjärta sällan misslyckas kan det vara möjligt att hjälpa många patienter med vävnadsteknisk hjärtmuskel. Dessutom, inom området xeno-transplantation, tittar forskare redan på sätt att byta djurorgan så att de inte kommer att avvisas av mänskliga mottagare. Motstånd från djuraktivister och hotet om tidigare okända virus har gjort primater mindre önskvärda som organkällor, men transgena grisar kan så småningom ge organ för människor. Andra forskare tror dock att mycket av den sociala och individuella bördan av hjärtsjukdomar kan förebyggas genom motion, förändringar i kost och eliminering av rökning.

LOIS N. MAGNER

Vidare läsning

böcker

ad Hoc arbetsgrupp för hjärt ersättning. Hjärtersättning: medicinska, etiska, psykologiska och ekonomiska konsekvenser. Washington, DC: U. S. Government Printing Office, 1969.

Conrad, Peter och Rochelle Kern, Red. Sociologin för hälsa & sjukdom: kritiska perspektiv. 4: e upplagan. New York: St. Martin ’ s Press, 1994.

Hogness, John R., ed. Artificiellt hjärta: prototyper, policyer och patienter. Washington, DC: National Academy Press, 1991.

Kolff, Willem. Konstgjorda Organ. New York: Wiley, 1976.

Lubeck, D. och J. P. Bunker. Det konstgjorda hjärtat: kostnader, risker och fördelar. Washington, DC: byrån för teknisk bedömning, 1982.

Reiser, Stanley Joel och Michael Anbar, Red. Maskinen vid sängen: strategier för att använda teknik i patientvård. New York: Cambridge University Press, 1984.

Shaw, Margery W., ed. Efter Barney Clark: reflektioner om Utahs artificiella hjärtprogram. Austin, TX: University of Texas Press, 1984.

tidskrifter

Jarvik, Robert. ”Det Totala Konstgjorda Hjärtat.”Vetenskaplig Amerikansk 244 (1981): 74-80.

Stover, gryning. ”Artificiellt Hjärta.”Populärvetenskap 254 (Februari 1999): 11-17.