Jilted Valentinstag kann sagen, dass es keine Heilung für ein gebrochenes Herz gibt. Dank einer Reihe innovativer Technologien, von denen eines Tages Millionen von Menschen mit Herzinsuffizienz profitieren könnten, ist Hilfe für diejenigen unterwegs, deren eigentliches Herz schmerzt.
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Das Herz pumpt Blut in vier Kammern durch den Körper: ein Atrium und eine Herzkammer auf jeder Seite. Nachdem das Blut mit Sauerstoff in der Lunge angereichert ist, wird es in den linken Vorhof und durch den linken Ventrikel geleitet, damit es durch den Körper gepumpt werden kann. Sauerstoffarmes Blut kehrt zum rechten Vorhof des Herzens zurück, wandert dann zum rechten Ventrikel und wird zurück in die Lunge gepumpt.
Die meisten Herztransplantationspatienten wurden mehrfach wegen schwerer Herzinsuffizienz ins Krankenhaus eingeliefert, da eine oder beide Seiten ihres Herzens nicht richtig funktionieren. Dies ist häufig auf eine Schädigung der Herzmuskulatur oder der Herzklappen, auf eine koronare Herzkrankheit, auf Erbkrankheiten oder auf virale Infektionen zurückzuführen.
"Wearable" Herzmaschinen
Das künstliche Jarvik-7-Herz bestand aus Polyurethan, und jede Kammer hatte etwa die Größe einer Faust. (Bettmann / CORBIS) In den USA werden jedes Jahr nur 2.000 bis 2.500 Spenderherzen angeboten, was bedeutet, dass Tausende von schwerkranken Patienten Monate oder sogar Jahre auf eine Transplantation warten müssen - wenn sie so lange überleben können. Das Total Artificial Heart von SynCardia, der Nachfolger der Technologie, die in den berühmten Jarvik-Geräten der 1980er-Jahre zum Einsatz kam, ist mit Abstand das am häufigsten verwendete künstliche Herz. Seit seiner Zulassung wurden mehr als 1.350 Implantate erfolgreich eingesetzt. Es fungiert als kritische Brücke und ermöglicht es Patienten mit biventrikulärer Herzinsuffizienz im Endstadium zu überleben, bis eine humane Transplantation verfügbar wird.
Bis vor kurzem waren jedoch viele Personen, die das SynCardia-Gerät verwendeten, auf das Krankenhaus beschränkt, da die Motoren und die Elektronik des Herzens in einem großen, schweren Treibergerät außerhalb des Körpers untergebracht sind. Der Fahrer verbindet sich mit zwei Schläuchen mit dem künstlichen Herzen und erzeugt einen künstlichen Herzschlag, indem er „Luftballons“ in die künstlichen Ventrikel des Geräts füllt. Dies drückt Blut mit einer Geschwindigkeit von 2, 5 Gallonen pro Minute in das Kreislaufsystem. Das System vereinfacht die beweglichen Teile im künstlichen Herzen selbst, was zum Teil für die extrem niedrige Ausfallrate von weniger als einem Prozent verantwortlich ist.
Die verminderte Lebensqualität von Patienten, die in einem Krankenhauszimmer festsitzen, kann jedoch ihren Tribut fordern. Nach vierjährigen Tests genehmigte die FDA den tragbaren Freedom-Treiber im Juli 2014. Seit 2010 in Europa im Einsatz, können Patienten mit diesem Gerät die Krankenhausfahrer in der Größe eines Geschirrspülers durch ein kleineres Gerät mit einem Gewicht von nur 13, 5 Pfund ersetzen. Es kann in einem Rucksack oder auf Rollen in einem Rollwagen oder Gehwagen getragen werden. Das Gerät wird mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben und kann durch Anschließen an eine Standardsteckdose oder ein Autoladegerät aufgeladen werden. So können Patienten nach Hause zurückkehren und ein relativ normales Leben führen, während sie auf eine Transplantation warten.
Wie viel kann das Gerät einem Empfänger eines künstlichen Herzens helfen? Betrachten Sie den Fall von Randy Shepherd: Als Teenager war sein Herz durch rheumatisches Fieber geschädigt worden und seine beiden Ventrikel konnten nicht mehr genug Blut pumpen, um ihn am Leben zu erhalten. Shepherd erhielt im Juni 2013 ein SynCardia-Herz. Weniger als ein Jahr später absolvierte Shepherd als Teilnehmer von Pat's Run in der Nähe von Phoenix, Arizona, mit seiner Freedom-Einheit einen 6 km langen Spaziergang.
"Ich fühle mich zwar nicht unbedingt inspiriert, aber es ist wichtig, den Menschen zu zeigen, was möglich ist, damit das Leben nicht mit einer schlechten medizinischen Diagnose endet", schrieb er kurz nach dem Ereignis in einem Reddit Ask Me Anything. Shepherd, der als "Tin Man" bekannt ist, erhielt im Oktober 2014 eine Spenderherztransplantation, nachdem er 15 Monate lang mit seinem künstlichen Herzen gelebt hatte. Er spekuliert, dass die körperliche Aktivität, die er mit der Freedom-Einheit genießen konnte, seine Chancen sogar erhöht haben könnte eine erfolgreiche Genesung.
Teilmaschine, Teilkuh
Ein CARMAT-Kunstherz. (DIE AUTOFUSSMATTE) Für die meisten Patienten ist ein SynCardia-Herz eine Notlösung, bis eine Spenderwärme verfügbar ist. Das anspruchsvollere Ziel ist es, eine dauerhafte Lösung zu entwerfen.
In Frankreich verwenden Forscher eine Mischung aus künstlichen und biologischen Komponenten, um genau das zu erreichen. Das CARMAT-Kunstherz besteht aus zwei Kammern, die durch eine Membran in zwei Hälften geteilt sind. Auf einer Seite befindet sich ein Pumpsystem aus Motoren und Flüssigkeiten, die die Membran bewegen, um Blut von der anderen Seite in den Kreislauf zu befördern. Sensoren und mikroelektronische Steuerungen überwachen den Druck und passen die Flussraten an die Aktivität des Patienten an, sodass die Herzfrequenz beispielsweise für sportliche Aktivitäten geeignet ist.
Die Membranoberfläche, die dem Pumpsystem zugewandt ist, besteht aus Polyurethan, während die mit menschlichem Blut in Berührung kommende Rückseite aus Geweben von Kuhherzen besteht. Die künstlichen Herzklappen bestehen ebenfalls aus Kuhgewebe, und die Designer hoffen, dass diese chemisch sterilisierten biologischen Materialien Probleme lindern, die an künstlichen Herzen vorbeigekommen sind. Beispielsweise kann die Unverträglichkeit des Körpers mit synthetischen Materialien rote Blutkörperchen zerstören oder die Gerinnung auslösen.
Der erste Empfänger des CARMAT-Herzens, ein todkranker 76-jähriger Mann, erhielt das Implantat im Dezember 2013 und starb im März des folgenden Jahres. Der zweite Patient, der mit dem Gerät ausgestattet wurde, verließ das Universitätskrankenhaus in Nantes am 19. Januar mit einer leichten, tragbaren externen Batterieversorgung. Der Mann erhielt das Herz im letzten Sommer im Rahmen einer klinischen Studie.
„Unsere größte Belohnung war die Freude des Patienten, nicht nur dank der Bioprothese ein Maß an Aktivität zurückzugewinnen, das noch vor wenigen Monaten undenkbar war, sondern vor allem, ein echtes Leben mit Familie und Freunden zu Hause führen zu können“, so der CARMAT-Chef Geschäftsführer Marcello Conviti sagte in einer Presseerklärung.
Leben ohne Herzschlag
Zusätzlich zu den Risiken durch biologische Abstoßung bestand für Designer künstlicher Herzen ein großes Problem darin, die unglaubliche Haltbarkeit des Designs von Mutter Natur zu gewährleisten. Ein gesundes menschliches Herz muss ungefähr 35 Millionen Mal im Jahr pumpen, eine unglaubliche Arbeitsbelastung, die die Ingenieure mit keinem Gerät bewältigen konnten.
Forscher des Texas Heart Institute versuchen, dieses Problem zu lösen, indem sie ein Herz schaffen, das überhaupt nicht schlägt, sondern für einen kontinuierlichen Blutfluss sorgt. Ihr BiVACOR-Konzept für totales künstliches Herz hat einige nachgewiesene Geschichte hinter sich. Wenn beide Seiten eines Herzens versagen, ist eine Transplantation erforderlich. Wenn jedoch nur eine Seite nicht richtig pumpt, kann das Herz mit durchflusssteigernden Implantaten behandelt werden. LVADs (Left Ventricular Assist Devices) sind Implantate mit kontinuierlichem Fluss, die kranke Herzen mit einem sich ständig drehenden Laufrad ankurbeln, das Blut durch den Körper drückt und manchmal den größten Teil oder fast die gesamte Pumpleistung des menschlichen Herzens übernimmt. Mehr als 20.000 Menschen tragen derzeit diese turbinenartigen Herzhelfer.
Um diese Technologie auf den Ersatz des ganzen Herzens auszudehnen, haben die Forscher ein Gerät mit nur einem beweglichen Teil entwickelt: einem Rotor mit zwei Blättern, der sich in einer kleinen Titankammer dreht. Eine kleinere Klinge drückt Blut durch die rechte Kammer in die Lunge, während eine größere das Blut aus der linken Kammer in den Kreislauf und durch den Körper befördert. Der Rotor ist durch Magnetfelder aufgehängt, was den Verschleiß durch Beseitigung der Reibung weiter verringert. Die MAGLEV-Technologie steuert die Drehung der Klingen, um sie an die Aktivität des Benutzers anzupassen.
Das BiVACOR-Herz ist eine der wenigen Optionen, die klein genug sind, um in ein Kind implantiert zu werden. Dies ist ein entscheidender Fortschritt gegenüber anderen künstlichen Anstrengungen, die selbst für kleinere Erwachsene zu sperrig sein können. Wie alle bisherigen Technologien für künstliches Herz weist das System potenzielle Nachteile auf. Wenn Sie das natürliche Pumpen durch einen Propeller ersetzen, wird das Blut etwas aufgeschäumt, was zu inneren Blutungen, Schlaganfällen oder anderen Komplikationen führen kann. Das Konzept hat aber mindestens eine frühe Erfolgsgeschichte.
Eine frühere Version von BiVACOR wurde im März 2011 einem unheilbar kranken Patienten, Craig Lewis, am Texas Heart Institute implantiert. Lewis lebte sechs Wochen, bevor er an einer Leber- und Niereninsuffizienz starb, die auf seinen so schlimmen Herzzustand zurückzuführen war, dass kein Strom auftrat Behandlung hätte eine längere Lebensdauer geliefert. Aber er bewies, dass es möglich war, mit dem leisen Surren eines Propellers in seiner Brust länger als gedacht zu überleben.
