Ai là người phát minh ra trái tim nhận tạo?

Tim nhân tạo – Bước ngoặt lớn sự sống loài người

Ai đã phát minh ra tim nhân tạo, lịch sử phát triển từ trái tim nhân tạo đầu tiên trên thế giới, tim nhân tạo đã góp phần mở ra thời kì mới về khoa học…

Mục Lục

Khoa học ngày càng phát triể, và ngày càng có nhiều sản phẩm công nghệ tiên tiến ra đời. Đáng kể nhất là thành tựu về y học, Trái tim nhân tạo, mở ra kỷ nguyên mới cho sức sống con người. Cùng EVBN tìm hiểu về nguồn gốc của sự xuất hiện trái tim nhân tạo nhé!

Tổng quát

Trong nửa sau của thế kỷ 20, bệnh tim mạch vành đã trở thành nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở các nước công nghiệp, giàu có. Hơn nữa, hơn một nửa số ca tử vong ở Hoa Kỳ gây ra bởi các bệnh tim mạch. Nhiều ca tử vong trong số này có thể được ngăn ngừa bằng cách quản lý tích cực và các thủ tục phẫu thuật, bao gồm cả các hoạt động ghép tim.

Tuy nhiên, sự thiếu hụt trái tim của người hiến tặng đã dẫn đến hy vọng rằng một thiết bị cơ học hoàn toàn có thể cấy ghép có thể khắc phục tình trạng thiếu hụt và tránh được vấn đề đào thải miễn dịch, nhưng những nỗ lực ban đầu để cấy ghép trái tim nhân tạo vĩnh viễn đã bị chỉ trích là những thí nghiệm quá sớm trên người.

Thật vậy, những tranh cãi về việc cấy ghép thử nghiệm vào những năm 1960 có thể đã kìm hãm sự phát triển của thay thế tim vĩnh viễn. Thay vào đó, chất lượng cuộc sống kém do tim nhân tạo cung cấp đã dẫn đến nỗ lực phát triển một thế hệ thiết bị hỗ trợ tâm thất trái mới.

Lý lịch

Trái tim con người là một cơ quan đáng chú ý – lớn hơn một nắm tay một chút – đập hơn 100.000 lần một ngày mà không cần nghỉ ngơi. Trung bình ở người trưởng thành, tim sẽ bơm hơn 4,300 gallons (16,000 liters) máu một ngày thông qua hơn 100,000 miles (161,000 km) ven máu. Hình ảnh trái tim chỉ như một cái máy bơm, Michael E. DeBakey, người tiên phong trong phẫu thuật tim, người được gọi là “Cơn lốc xoáy Texas”, dự đoán rằng một thiết bị cơ học có thể nhân đôi chức năng chính của nó.

Trái tim nhân tạo thực sự có từ năm 1957, khi Willem Kolff, người phát minh ra quả thận nhân tạo và Tetsuzo Akutsu đã cấy ghép một trái tim thí nghiệm vào động vật. Trái tim mô hình của Kolff đã giữ một con chó sống trong 36 giờ. Các nhà khoa học và chuyên gia về tim đã theo đuổi bốn cách tiếp cận chung để thay thế tim: tim nhân tạo, ghép tim từ người hiến tặng, thiết bị hỗ trợ chỉ thay thế một phần của tim tự nhiên và tim thay thế được phát triển bằng kỹ thuật mô trong phòng thí nghiệm hoặc tim được nuôi cấy di truyền động vật bị thay đổi.

Trái tim nhân tạo lý tưởng về cơ bản sẽ hoạt động miễn phí trong nhiều năm trong điều kiện môi trường bên trong cơ thể nóng ẩm, ăn mòn. Thiết kế thành công trái tim nhân tạo sẽ phải vượt qua những khó khăn đã bộc lộ kể từ khi những thiết bị đầu tiên như vậy được thử nghiệm vào những năm 1960: tổn thương máu do tiếp xúc với vật liệu nhân tạo, từ chối trái tim thay thế bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể, khó khăn trong việc cung cấp năng lượng đầy đủ cho bơm không có kết nối qua da, thu nhỏ các máy bơm đủ để sử dụng cho trẻ em và người lớn nhỏ, và điều chỉnh lưu lượng máu để đáp ứng với căng thẳng sinh lý.

Mặc dù trái tim nhân tạo được phát triển trong những năm 1990 có thể giải quyết được nhiều vấn đề như vậy, nhưng những thiết bị này có thể sẽ không trở thành thực tế hoặc thông lệ trong nhiều năm. Thật vậy, lịch sử của tim nhân tạo là lịch sử của những trường hợp gây tranh cãi.

Ảnh hưởng

Các nghiên cứu do Viện Y học thực hiện vào những năm 1990 ước tính rằng 10.000 đến 20.000 người Mỹ mỗi năm có thể là ứng cử viên cho tổng số trái tim nhân tạo và 25.000 đến 50.000 người khác có thể cần một thiết bị hỗ trợ tâm thất trái. Suy tim ảnh hưởng đến khoảng 5 triệu người Mỹ mỗi năm.

Thêm vào đó, tỷ lệ tử vong do suy tim tăng gấp ba lần từ năm 1974 đến năm 1994. Nhiều loại máy bơm nhân tạo khác nhau đã cung cấp các “cầu nối” tạm thời, giữ cho bệnh nhân sống trong khi chờ ghép, nhưng số lượng tim được hiến tặng chỉ khoảng 2.000 quả mỗi năm.

Đối với nhiều bệnh nhân, máy bơm trợ giúp, còn được gọi là thiết bị hỗ trợ thất trái (LVAD), có thể thiết thực hơn là thay thế toàn bộ trái tim. DeBakey bắt đầu nghiên cứu tim nhân tạo và các thiết bị liên quan vào năm 1960. Ông đã phát minh ra một máy bơm máu đơn giản, LVAD, có thể hỗ trợ tim trong khi bệnh nhân chờ cấy ghép. Năm 1966 DeBakey thực hiện ca cấy ghép LVAD đầu tiên trên người.

Một trong những sự kiện kịch tính nhất trong cuộc phẫu thuật thế kỷ XX xảy ra vào năm 1967, khi Christiaan Barnard (1922-), một bác sĩ phẫu thuật người Nam Phi, thực hiện ca ghép tim đầu tiên ở người. (Trong nhiều trường hợp, bệnh tim có thể nghiêm trọng đến mức bệnh nhân có thể không qua khỏi trong thời gian chờ đợi một trái tim hiến tặng.)

Cố gắng sử dụng nội tạng động vật, chẳng hạn như năm 1984, Leonard Bailey đã cấy ghép tim một con khỉ đầu chó vào một đứa trẻ sơ sinh, được xác định là Baby. Fae, kết thúc trong thất bại. Do đó, sự thiếu hụt các cơ quan hiến tặng đã tạo động lực lớn cho sự phát triển của tim nhân tạo.

Vào ngày 4 tháng 4 năm 1969, Denton A. Cooley thực hiện ca cấy ghép tim nhân tạo tổng thể đầu tiên trên người khi ông sử dụng một thiết bị do Domingo Liotta phát triển để duy trì sự sống của Haskell Karp. Karp là một bệnh nhân 47 tuổi, bị suy tim sau khi phẫu thuật phình động mạch thất trái.

Karp đã sống với trái tim nhân tạo trong lồng ngực của mình trong 65 giờ nhưng qua đời ngay sau khi được ghép tim. DeBakey tuyên bố rằng trái tim mà Cooley sử dụng giống hệt với một trái tim đang được phát triển trong phòng thí nghiệm của anh ấy và Cooley đã sử dụng nó mà không được phép. Bởi vì thiết bị này chỉ được sử dụng với thành công hạn chế ở bê con, DeBakey coi việc cấy ghép vào người là quá sớm và không khôn ngoan.

Mặc dù Cooley đã được bệnh nhân đồng ý cho phẫu thuật, nhưng anh ta đã không xin phép hội đồng xét duyệt của bệnh viện hoặc từ các cơ quan liên bang. Anh và Liotta nghĩ rằng sự cho phép sẽ không được cấp và họ sẽ mất một cơ hội hoàn hảo để thực hiện thí nghiệm. Mối quan hệ công việc giữa Cooley và DeBakey đã bị phá hủy bởi những tranh cãi xung quanh hoạt động của Karp.

Sau đó, góa phụ của Karp đã mang một cái chết oan trái chống lại Cooley. Cô tuyên bố rằng cô và chồng đã không được thông báo đầy đủ về những rủi ro của quy trình thử nghiệm. Thẩm phán bác bỏ vụ kiện, phán quyết rằng bệnh nhân đã đồng ý rõ ràng và bệnh viện cũng như các bác sĩ phẫu thuật đã thông báo kỹ lưỡng cho bệnh nhân về những rủi ro của thủ thuật và khả năng hồi phục hoặc sống sót hoàn toàn thấp. Quyết định trong trường hợp này được coi là một bước ngoặt trong sự phát triển và triển khai công nghệ y tế.

Năm 1981, Cooley thực hiện một ca phẫu thuật gây tranh cãi khác, đó là cấy ghép một trái tim nhân tạo tổng thể do Tetsuzo Akutsu phát triển. Bệnh nhân 36 tuổi đã được duy trì tim nhân tạo trong 55 giờ cho đến khi có trái tim hiến tặng để cấy ghép.

Robert Jarvik, một bác sĩ và kỹ sư y sinh, đã tiếp cận DeBakey về việc thử nghiệm một thiết bị tương tự, được gọi là Jarvik-7, nhưng DeBakey từ chối vì cho rằng thiết bị này đã sẵn sàng cho con người sử dụng. Một năm sau, William DeVries, hợp tác với Jarvik, đã cấy ghép trái tim Jarvik-7 vào lồng ngực của Barney Clark, một nha sĩ 61 tuổi ở Seattle chết vì suy tim.

Ngược lại với trường hợp Karp, trong đó trái tim nhân tạo được cấy ghép làm cầu nối để cấy ghép, DeVries và Jarvik dự định sử dụng trái tim nhân tạo của họ để thay thế vĩnh viễn cho trái tim bị bệnh. Clark, người đã sống sót trong 112 ngày trong trái tim nhân tạo, được các thành viên trong nhóm cấy ghép tôn vinh là “người tiên phong thực sự”, người hiểu rằng anh đang tham gia vào một thí nghiệm không chắc sẽ cứu được mạng sống của mình nhưng sẽ cung cấp thông tin giúp khoa học y sinh và các bệnh nhân khác.

Năm ca cấy ghép tương tự đã được thực hiện trong suốt năm 1985. Người sống sót lâu nhất là William Schroeder, người được Jarvik-7 hỗ trợ trong 620 ngày. Cảnh tượng về chất lượng cuộc sống kém và những biến chứng đau đớn mà những bệnh nhân như Clark và Schroeder phải chịu đựng đã tạo ra một phản ứng dữ dội của công chúng đối với trái tim nhân tạo.

Hơn nữa, nhiều bác sĩ, nhà khoa học, nhà đạo đức học và các nhà hoạch định chính sách đã kết luận rằng việc sử dụng tim nhân tạo là quá sớm và phải đến thế kỷ sau mới có thế hệ tim nhân tạo mới cải thiện đáng kể cuộc sống của bệnh nhân. Các vấn đề liên quan đến tim nhân tạo cấy ghép cuối cùng đã dẫn đến sự đồng thuận chung rằng một thiết bị hỗ trợ sẽ thiết thực hơn và mang lại lợi ích cho bệnh nhân.

Mục đích ban đầu của LVAD là giữ cho những người bị suy tim giai đoạn cuối còn sống cho đến khi có trái tim hiến tặng. Theo cách này, Jarvik-7 sau đó đã được sử dụng cho hàng trăm bệnh nhân như một cầu nối để cấy ghép.

Vào đầu những năm 1990, các LVAD tinh vi đã được sử dụng thường xuyên trong các bệnh viện trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nhiều thiết bị ban đầu quá lớn để sử dụng cho trẻ em và người lớn nhỏ.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào sự phát triển của một LVAD nhỏ, nhưng vẫn mạnh mẽ. DeBakey và những người khác đã phải thực hiện một số thí nghiệm và thử nghiệm lâm sàng của họ ở châu Âu vì các quy định của chính phủ về thử nghiệm lâm sàng nghiêm ngặt hơn ở Hoa Kỳ.

Các giải pháp sáng tạo cho vấn đề tạo ra một chiếc máy bơm tốt hơn đã phát triển nhờ sự hợp tác giữa DeBakey và các nhà khoa học của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA). (Sự hợp tác này diễn ra sau một hoạt động mà DeBakey đã thực hiện trên David Saussier, một kỹ sư của NASA.

Thiết bị hỗ trợ não thất DeBakey (VAD), một máy bơm thu nhỏ có kích thước xấp xỉ 1/10 so với các thiết bị cũ, ít gây tổn hại đến tế bào máu hơn, cần ít hơn 8 watt điện và có thể sạc lại qua da. Nhiều thiết bị thử nghiệm khác cũng đang trong quá trình thử nghiệm vào năm 1998, khi DeBakey 90 tuổi đến Đức để đích thân giám sát các thử nghiệm đầu tiên trên người đối với VAD của ông.

Tất cả sáu bệnh nhân, người đầu tiên, người đang trong tình trạng nguy kịch tại thời điểm phẫu thuật, đã chết sáu tuần sau đó. Người thứ hai đã phải tháo thiết bị của mình vì sự hình thành cục máu đông trong cơ chế này, nhưng hai bệnh nhân khác đã có thể xuất viện với thiết bị vẫn còn nguyên tại chỗ.

Thế hệ mới của LVAD mang lại hy vọng cho nhiều bệnh nhân vì một hiện tượng bất ngờ được một số trung tâm cấy ghép tim thông báo. Một số bệnh nhân sử dụng LVADS trong khi chờ đợi một trái tim hiến tặng đã thực sự hồi phục. Rõ ràng, phần còn lại hoàn toàn cho tâm thất trái do LVAD cung cấp đã đảo ngược tình trạng suy tim ở một mức độ đáng kể và các tế bào tim mở rộng trở lại kích thước bình thường. Do đó, LVAD cũng có thể được sử dụng như một “cầu nối để khôi phục.”

Ngoài việc cấy ghép tim người và tim cơ học, một số nhà khoa học cho rằng mô và cơ quan của động vật hoặc sự kết hợp của tế bào sống với vật liệu nhân tạo cuối cùng sẽ được sử dụng để hỗ trợ hoặc thay thế trái tim ốm yếu. Các nhà khoa học hiện đang cố gắng phát triển mô cơ tim, van tim và mạch máu trong phòng thí nghiệm; phương pháp này được gọi là kỹ thuật mô. Bởi vì toàn bộ quả tim hiếm khi bị hỏng, nên có thể giúp nhiều bệnh nhân có cơ tim được tạo mô.

Ngoài ra, trong lĩnh vực được gọi là cấy ghép xeno, các nhà khoa học đang tìm cách thay đổi nội tạng động vật để chúng không bị người nhận từ chối. Sự phản đối của các nhà hoạt động vì động vật và mối đe dọa từ các loại virus chưa được phát hiện trước đây đã khiến các loài linh trưởng ít được coi là nguồn cung cấp nội tạng, nhưng lợn chuyển gen cuối cùng có thể cung cấp nội tạng cho người.

Tuy nhiên, các nhà khoa học khác tin rằng phần lớn gánh nặng xã hội và cá nhân của bệnh tim có thể được ngăn ngừa thông qua tập thể dục, thay đổi chế độ ăn uống và loại bỏ hút thuốc.