قلب مصنوعی

اختراع قلب مصنوعی

US5092879A
پائول وینچل

باور کردن این موضوع که در زمان حیات انسان، قلب به‌واسطه ۲.۵ میلیارد تپشی که انجام می‌دهد، ۱.۵ میلیون بشکه خون را به‌تمامی اعضای بدن به‌جز قرنیه چشم، پمپاژ می‌کند، سخت است. با این حال، ممکن است که این عضو پرتلاش و حیاتی، بنا به دلایل مختلف، از انجام وظیفه خود ناتوان بماند. در این زمان است که درمان‌های دارویی و جراحی، مانند پیوند قلب، برای بیمار الزامی می‌شود. علی‌رغم پیشرفت علم پزشکی، این درمان‌ها همواره نتیجه‌بخش نیستند. از طرف دیگر، در بسیاری از تکنیک‌های جراحی کنونی و همچنین پیوند قلب، نیاز است که قلب برای مدت‌زمانی متوقف شود که این موضوع، ایجاب می‌کند که در این بازه، دستگاهی به‌طور موقت، وظیفه قلب را انجام دهد. از طرف دیگر، تعداد بیمارانی که نیاز به پیوند دارند، بسیار بیش‌تر از موارد پیوند، است. به همین منظور، محققین و پزشکان، از دیرباز در تلاش بودند تا وسیله‌ای دارای عملکرد مشابه با قلب بسازند. قلب مصنوعی، دستگاهی است که در زمان انجام اعمالی که نیاز به توقف قلب دارند، مانند پیوند، جایگزین آن می‌شود و از طرفی، برای بیمارانی که امکان پیوند قلب برای آن‌ها وجود ندارد، برای بلندمدت، جایگزین این اندام می‌شود.

شاید بتوان ایده اولیه ساخت قلب مصنوعی را به «Julien Jean Cesar LeGallois» نسبت داد که در سال ۱۸۱۲ میلادی، نظریه پشتیبانی مکانیکی از گردش خون را ارائه نمود. تقریباً یک قرن بعد از ارائه این نظریه، در سال ۱۹۲۰، چارلز لیندبرگ «Charles Lindbergh» و الکسیس کارل «Alexis Carrel»، برای توسعه پشتیبان مکانیکی گردش خون، با یکدیگر وارد همکاری شده و موفق به توسعه سیستمی در این خصوص شدند. کارل، یک پزشک و محقق به نام بود و لیندبرگ نیز، مهندس و خلبان بود. انگیزه لیندبرگ برای مطالعه و تحقیق بر روی این موضوع، بیماری رماتیسم قلبی خواهرخوانده‌اش بود. سیستمی که این دو توسعه دادند، عملکرد قلب را داشت و این امکان را می‌داد که از طریق لوله‌های متصل به شریان‌ها، تا هفته‌ها اعضای بدن را با پمپاژ خون زنده نگه دارد. نیروی پیشران برای پمپاژ خون به اعضا، از ترکیب گازهای اکسیژن، دی‌اکسیدکربن و نیتروژن به دست می‌آمد. ساخت این دستگاه، قدم بزرگی برای ساخت قلب مصنوعی و دستگاه‌های بای پس قلبی ریوی بود. شایان ذکر است که کارل به‌واسطه نوآوری‌های خود در پیوند اعضا، شهرت فراوانی یافت و برنده جایزه نوبل شد. جالب این‌که هم‌زمان، لیندبرگ هم به‌واسطه پرواز بدون توقف خود از آمریکای شمالی تا اروپا، مشهور شد. این دو، پتنتی برای این وسیله ثبت نکردند و به شرح آن در مجلات پزشکی اکتفا نمودند.

مانند بسیاری از نوآوری‌های پزشکی، اولین قلب مصنوعی هم به یک حیوان پیوند زده شد. در سال ۱۹۳۷ میلادی، محقق روسی والدیمیر دمیخوف «Vladimir Demikhov»، یکی از پیشگامان پیوند اعضا، برای اولین بار، یک قلب مصنوعی را در بدن یک سگ قرار داد. دمیخوف، اولین کسی بود که عمل بای پس شریان‌های کرونری و پیوند قلب را انجام داد. قلب مصنوعی ساخته شده توسط او، از دو پمپ تشکیل شده بود که با موتورهای خارجی کار می‌کرد. حیوانی که عمل پیوند روی آن انجام شده بود، ۵.۵ ساعت با کمک این قلب زنده ماند.

وقتی به تاریخچه اختراع قلب مصنوعی نگاه می‌کنیم، به نکته بسیار جالبی برمی‌خوریم. اولین قلب مصنوعی پتنت شده، توسط پائول وینچل «Paul Winchell»، که یک کمدین و دوبلور بود، اختراع شده است. وینچل، دانش کمی از پزشکی داشت و هنری هیملیچ «Henry Heimlich»، به وی در توسعه این قلب مصنوعی کمک کرده بود. این قلب مصنوعی که هیچ‌گاه مورد استفاده قرار نگرفت، سال ۱۹۶۱ میلادی، در اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا به ثبت رسید و دو سال بعد، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراع، با شماره «US3097366» گردید.

اولین قلب مصنوعی که به‌طور موفقیت‌آمیزی به انسان پیوند زده شد، در سال ۱۹۸۲ میلادی، توسط ویلم جان کلف «Willem Johan Kolff» و رابرت جارویک «Robert Jarvik» ساخته شد. آن‌ها این قلب مصنوعی را «Jarvik-7» نام گذاشتند و موفق به اخذ پتنت گرنت شده‌ای، به شماره «US5092879A» شدند. دکتر بارنی کلارک «Barney Clark»، اولین شخصی بود که قلب مصنوعی در بدن وی کار گذاشته شد. وی تا ۱۱۲ روز بعد عمل، زنده بود. در پیوند بعدی، عملکرد بهتر بود و بیمار ۶۲۰ روز بعد از پیوند قلب مصنوعی، به زندگی خود ادامه داد. این قلب، از دو پمپ پنوماتیکی تشکیل‌شده بود که عملکرد قلب را با ضربان ۱۲۰-۴۰ تپش در دقیقه، تقلید می‌کردند. مشکل اصلی جارویک، اتصال به یک کمپرسور بزرگ ۲۰۰ کیلویی بود که به بیمار امکان ترک بیمارستان را نمی‌داد و این موضوع، باعث می‌شد که جارویک، قلب مصنوعی بلندمدتی نباشد.

نکته ناراحت‌کننده در ارتباط با این اختراعات، این بود که جارویک و سایر قلب‌های مصنوعی اولیه، توسط سیم‌ها و لوله‌هایی، به دستگاه‌های خارجی، مانند منبع انرژی و کمپرسورها وصل می‌شدند و این مسئله، برای بیماران بسیار دردناک بود و عوارض زیادی، مانند خونریزی و سرگیجه‌های مدام را به همراه داشت. به‌طوری‌که بسیاری از این بیماران، از پزشکان می‌خواستند که به زندگی آن‌ها خاتمه دهند.

از آن زمان تاکنون، تلاش‌های زیادی از جانب جامعه پزشکی و مهندسی، برای توسعه و بهبود عملکرد قلب‌های مصنوعی، صورت گرفته است. ابعاد آن‌ها کوچک‌تر شده و دیگر نیاز به اتصال تجهیزات خارجی نیست. باتری‌های آن‌ها، درون بدن و به‌صورت الکترومغناطیسی، شارژ می‌شوند. پتنت‌های زیادی هم در این رابطه ثبت شده است. از جمله تلاش‌های فراوان صورت گرفته در این حوزه، می‌توان به فعالیت‌های گسترده پروفسور توفیق موسیوند و پتنت‌های وی اشاره نمود. دکتر موسیوند، سیستمی برای کمک به عملکرد بطن‌های قلب توسعه داد که این سیستم پمپاژ مینیاتوری، بسیار کارا بوده و با حداقل جراحت، در بدن بیمار قرار می‌گیرد. این سیستم، یک جریان پالسی برای شریان خون ایجاد نموده که مشابه چیزی است که تپش قلب به وجود می‌آورد. در این قلب مصنوعی، برای پمپاژ خون، از یک مکانیسم فنر مانند استفاده شده که موجب ذخیره‌سازی انرژی می‌شود و میزان مصرف انرژی را بسیار کاهش می‌دهد. وی و همکارانش، در سال ۲۰۰۳ میلادی، درخواست ثبت پتنتی را به اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا ارائه نمودند که دو سال بعد، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراع، به شماره «US6969345B2» گردید. همچنین، دکتر موسیوند، برای پایش جریان خون در بیماران، خصوصاً آن‌هایی که از قلب مصنوعی استفاده می‌کنند، یک سیستم کنترلی قابل پیوند توسعه داده است که امکان جمع‌آوری داده‌های مربوط به جریان خون و عملکرد قلب و ارسال آن‌ها به پزشک را فراهم نموده که کنترل دقیق و دائمی وضعیت بیمار را ممکن می‌سازد. دکتر موسیوند برای سیستم پایش جریان خون نیز، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراع، به شماره «US6458086B1» شده است.