Teknolojinin Bir Kalbi Olsaydı

Yapay kalp üretmedeki başarısızlık, doğanın sihirbazlığının bir kanıtıdır.

Hiçbir şey kalbin mükemmel mühendisliğini, onu taklit etmeye yönelik başarısız girişimlerimizden daha net gösteremez. Total yapay kalbin bu tarihi hem parlak yenilikler hem de sürekli klinik başarısızlıklarla noktalanmıştır. 1962'de John F. Kennedy bilim camiasına aya bir insan indirmeleri ve on yılın sonuna kadar onu güvenli bir şekilde dünyaya geri getirmeleri için meydan okudu. 1964 yılında kalp ve damar cerrahı Michael DeBakey, Başkan Lyndon B. Johnson'ı ilk işlevsel, kendi kendine yeten yapay kalbi geliştirmeye yönelik bir programı finanse etmeye ikna etti ve aya inişten önce başarılı bir yapay kalp yapma yarışını başlattı. 1969 yılında her iki hedefe de ulaşılmış ve Teksas Kalp Enstitüsü Apollo 11'in fırlatılmasından sadece üç ay önce ilk total yapay kalbi yerleştirmiştir. Ancak, Ay'a iniş Uzay Mekiği, Mars Rover ve Uluslararası Uzay İstasyonu'na yol açarken ve (uzun bir durgunluğa rağmen) en yeni hedefler bizi Mars'a götürecek bir ay üssü geliştirmek olsa da, güvenilir, kullanıma hazır bir total yapay kalp hala ulaşılamaz durumda.

Başlangıçta, yapay kalbin arızalanan organın yerine ömür boyu geçmesi hedefleniyordu. Bu ulaşılması gereken yüksek bir çıta idi, çünkü ilk tasarımda hastanın vücuduna deriden geçen bir hava hattı ile harici bir kompresör vardı. Basınçlı hava Dacron poşetleri ya da keseleri şişirip indiriyor, bunlar da çöküp genişleyerek çevredeki bir keseden kanın yerini değiştiriyordu. Kompresörün vücudun dışında olması faydalı olsa da (aşınmaya en açık olan) mekanik parçalar kolayca değiştirilebildiğinden, hastayla birlikte tekerlekli olarak taşınacak hantal bir ekipman parçası oluşturacaktı. Bunun bir hastaya nasıl verilebileceğini ve uzun yıllar boyunca kısmen normal bir hayat sürmesini nasıl bekleyebileceğini görmek zordu.

ÖNCÜ: Yapay kalbin tarihi, kalp cerrahı Christiaan Barnard (üstte) 1967'de ilk başarılı nakli gerçekleştirene kadar bir hayal olan kalp naklinin tarihiyle iç içe geçmiştir. İllüstrasyon Benito Prieto Coussent / Wikimedia Commons.

Ancak yapay kalbin tarihi de kalp naklinin tarihiyle iç içe geçmiştir. Bu 1960'ların başında yine sadece umut dolu bir hayaldi, ancak 1967'de Capetown'da kalp cerrahı Christiaan Barnard ilk başarılı nakli gerçekleştirdi. Artık bu ilk yapay kalplerin amacı değişmişti. Ömür boyu kullanılmaya uygun olmaları gerekmiyordu; amaçları bir nakil donörü bulunana kadar hastayı hayatta tutmaktı. Birçok deneysel tedavide olduğu gibi, ilk vaka da seçenekleri tükenmiş bir hasta üzerinde yapıldı. 47 yaşında bir adam, kalp duvarını incelten ve şişiren sol ventriküldeki büyük bir anevrizmayı onarmak için ameliyat ediliyordu. Kalbi bypass eden ve kanın vücutta akmasını sağlayan bir kalp-akciğer makinesiyle destekleniyordu. Ancak kalbi çok zayıf olduğu için ameliyatın sonunda makineden çıkarılamadı. Umutsuzca bir nakle ihtiyacı vardı. DeBakey'in yardımcısı Denton Cooley ona yeni deneysel total yapay kalbi önerdi ve o da kabul etti. Hasta, uygun bir donör kalp bulunana kadar 64 saat boyunca yeni cihazla stabil tutuldu ve ardından nakledildi.

Bu ilk başta total yapay kalp için bir zafer gibi göründü, ancak trajik bir şekilde hasta 32 saat sonra sepsis nedeniyle öldü. Sadece bu da değil, cihaz hem kana hem de böbreklere zarar vermiş ve genişleyebilen keselerin duvarları kan pıhtılarıyla kaplanmıştı. Bu durum, bu prosedürle uğraşan bilim insanlarını ve mühendisleri engellemeye devam edecek bir dizi sorunun habercisiydi. Enfeksiyonlar ve sepsis, deriyi kalıcı olarak geçmesi gereken bir telin bulunduğu her cihaz için sürekli bir zorluktur. Kanı hareket ettiren cihazlar kanın bileşimini değiştirecek ve yabancı yüzeyler kanın pıhtılaşmasına neden olarak felçlere ve kan bozulmalarına yol açacaktır. Sonraki yinelemelerden biri olan ilk Jarvik kalbi beş hastaya implante edildi ve biri 620 gün yaşadı. Ancak hastalardan ikisi şiddetli felç geçirdi ve sonunda hepsi ya sepsis ya da kan sorunları nedeniyle öldü.

Tamamen implante edilebilir tam yapay kalp arayışı devam ediyor.

Kalp nakli de sallantılı bir başlangıç yapmış, Barnard'ın ilk hastası sadece 18 gün sonra ölmüştür. Birleşik Krallık'ta kalp nakli Londra'daki Ulusal Kalp Hastanesi'nde kalp cerrahı Donald Ross tarafından gerçekleştirilen ilk hasta sadece 45 gün hayatta kalabildi ve genel başarı oranı hayal kırıklığı yaratmaya devam etti. Buradaki sorun ameliyatın mekaniği ya da yeni kalbin ilk performansı değildi. Sorun, alıcının bağışıklık sistemi ile donör kalbin bağışıklık sisteminin uyuşmamasıydı. Donör kalbi ana doku tipleriyle hastaya mümkün olduğunca yakın bir şekilde eşleştirilse de, kalbin reddedilmesini önlemek için bağışıklık sisteminin baskılanması gerekir. Bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlar ilk günlerde çok gelişmiş değildi, ancak 1980'lerin başında siklosporinin geliştirilmesi, kalp naklinin başarısını önemli ölçüde artıran bağışıklık baskılamada bir devrim yarattı. Şimdi ise, donör sayısından çok daha fazla sayıda insanın nakle ihtiyaç duyması nedeniyle kendi başarısının kurbanı olmuştur. Kalp yetmezliğiyle yaşayan 750.000'den fazla kişiye rağmen Birleşik Krallık'ta her yıl sadece 200 nakil gerçekleştiriliyor ve dünya genelinde de benzer rakamlar görülüyor. Bu boşluğu doldurmak için bilim insanları domuzların kalplerini insan bağışıklık sistemiyle uyumlu hale getirmek için genetik olarak modifiye ediyor, böylece reddedilmeden hastalara nakledilebiliyorlar. Bu çok karmaşık ve zorlu bir süreçti, ancak ilk klinik nakiller 2022 yılında başladı.

Ancak kalp naklinin başarısı, bir donör bulunana kadar hastayı hayatta tutma ya da "nakil köprüsü" olarak adlandırılan daha ulaşılabilir bir hedefle tam yapay kalp arayışını yeniden canlandırdı. On yıllar boyunca yapay kalp teknolojileri, daha biyouyumlu malzemeler, daha iyi kapak tasarımı ve kan akışının daha verimli bir şekilde ele alınması gibi değişikliklerle gelişti. Başarılar elde edilmiştir: bir çalışmada yapay kalp kullanan hastaların yüzde 80'inin bir yıldan fazla, bazılarının ise 6 yıl boyunca hayatta kaldığı görülmüştür. Bir hastanın nakil için desteklendiği en uzun süre 1.373 gündü. Ancak ciddi enfeksiyon komplikasyonları hala yaygındı ve yapay kalpler için tam bir "hedef" tedavi hedefi hala uzak bir hayaldi.

Bu arada, nakil için acil köprü kurma ihtiyacı teknolojiyi başka bir yöne çekmişti. Arızalı kalbi tamamen değiştirmek yerine, kan akışına yardımcı olarak onu destekleme fikri ortaya çıktı. Ventriküler destek cihazı ya da VAD, kanı kalbin karıncığından tamamen farklı bir yolla alıyor ve yüksek basınçla aorta itiyordu. Bu, kalpten atılan kana ekleniyor ve böylece etkili kalp debisini büyütüyordu. Bu aynı zamanda total yapay kalp mühendislerinin karşılaştığı bir başka sorunu da çözdü - sağ ve sol kalp-kan akışının nasıl dengeleneceği. Sol ventrikül/vücut döngüsünde dolaşan kan miktarı sağ ventrikül/akciğer döngüsündekine çok yakın olmalıdır. Günde 100.000 atımla, her atımda bir çay kaşığı fark bile yanlış yerde 500 litre kan birikmesine neden olur. Kalp bunun olmamasını sağlamak için karmaşık biyolojik mekanizmalar geliştirmiştir, ancak mühendisler aynı şeyi geri besleme sistemleriyle yapmaya çalışmak için büyük savaşlar veriyordu. VAD'lerde sağ (ya da genellikle sol) ventrikül bağımsız olarak desteklenebilmekte ve bu sorun ortadan kalkmaktadır.

Bir hastanın nakil için desteklendiği en uzun süre 1.373 gün olmuştur. 

Sol ventrikül destek cihazları veya LVAD'ler, son dönem kalp yetmezliği tedavisinde bir devrim yaratmıştır. Şu anda dünya çapında 15.000'den fazla LVAD implante edilmiştir ve son evre kalp yetmezliği olan hastaların yaklaşık üçte biri artık LVAD'lerle desteklenmektedir. Amaç genellikle hastaları nakil için köprülemektir, ancak aslında donör kalp sıkıntısı, hastaların genellikle yıllarca LVAD desteğinde kalabileceği anlamına gelmektedir. Yedi yılda yüzde 50'nin üzerinde sağkalım oranları görülmekte ve bu cihazlarla 13 yıla kadar yaşayan hastalar olduğu bildirilmektedir. Bu nedenle LVAD'ler varsayılan olarak başlı başına bir tedavi haline gelmiştir. Yine teknoloji ilerledi ve yeni LVAD'ler daha iyi performans gösterdi. Çığır açan bir fikir, nabız atma hareketiyle kalbi taklit etmeyi bırakmak ve sabit kan akışına geçmekti. Dönen kanatçıklar (pervaneler) kanı sürekli bir hareketle iterek pürüzsüz ve kesintisiz bir akış oluşturur. Bunun nabzı olmayan bir hasta yaratma gibi ilginç bir yan etkisi vardır, bu da şüphelenmeyen doktor için rahatsız edici olabilir ve vücut yeni akışa adapte olurken bazı istenmeyen yan etkiler üretebilir. Harici batarya paketleri hala bir rahatsızlık ve enfeksiyon kaynağıdır, ancak indüksiyona dayalı olarak (ev tipi indüksiyon ocakları gibi) enerjiyi transkütan olarak (deri üzerinden) aktaran sistemler geliştirilmektedir. LVAD üniteleri, geçici bir cihaz arızası durumunda yine de küçük, implante edilmiş bir bataryaya ihtiyaç duyacaktır ve harici batarya paketlerinin çanta hırsızları tarafından hastalardan çalındığı bilinmektedir!

Tamamen implante edilebilir tam bir yapay kalp arayışı devam ediyor. Kalbin taleplerini tam olarak karşılayacak harici transkutanöz üniteler geliştirmeye çalışmak en büyük engel. Tam bir yapay kalbin özellikleri, 110 mmHg kan basıncına karşı dakikada sekiz litre kan pompalamasını gerektirmektedir. (ATP hücrelerde sürekli yenilenmeseydi, biyolojik güç depolama molekülü adenozin trifosfat [ATP], kendi kalbinize güç sağlamak için günde vücut ağırlığınızın yarısından daha fazla miktarlarda gerekli olurdu). Kompresörler daha taşınabilir olacak şekilde minyatür hale getirilmiştir, ancak bunları tamamen implante edilebilir hale getirmek bir mücadele olmuştur. Burada VAD teknolojisi, kompresörlerden tamamen vazgeçerek ve bunun yerine birlikte çalışan çift sağ ve sol VAD ile pervane cihazlarını kullanarak bir çözüm sunabilir gibi görünüyor.

Çözümler kışkırtıcı derecede yakın görünüyor, ancak kimse kolay bir yolculuk beklemiyor. Yıllar boyunca yaşanan pek çok başarısızlık, bilim insanlarında kalbin doğal mühendisliğine karşı bir tevazu ve huşu yaratmıştır