تاريخ التكنولوجيا القابلة للزراعة. منظم ضربات القلب

لأكثر من نصف قرن ، تخبرنا أدب الخيال العلمي عن أهل المستقبل - أهل السايبورج. يمكننا أن نقول أن المستقبل قد حان بالفعل - في عام 2016 ، يسير cyborgs بيننا ويعيشون حياة محسوبة. إنهم أناس عاديون ، ولكن مع أجهزة تنظيم ضربات القلب ، والغرسات السمعية ، والأطراف الاصطناعية وأجهزة الاستشعار الحيوية. سنتحدث اليوم عن تاريخ أجهزة تنظيم ضربات القلب ، من جهاز ليدفيل الضخم إلى غرسات مصغرة حديثة.

اختراع أول جهاز تنظيم ضربات القلب -

مارك ليدويل ، وكان طبيب التخدير مارك ليدويل أول من استخدم طريقة جهاز تنظيم ضربات القلب. في اجتماع للكونجرس الأسترالي الآسيوي في عام 1929 في أستراليا ، وصف جهازًا كهربائيًا يحرك قلب الإنسان. يطبق هذا الجهاز تصريفات كهربائية لمختلف الطاقة والتردد ؛ تم إدخال قطب أحادي القطب مباشرة في القلب ، وتم وضع آخر غير مبالٍ مباشرة على الجلد بعد الترطيب في المحلول الملحي.

أخبر الطبيب الجميع الحاضرين أنه باستخدام نموذج أكثر بدائية من هذه المعدات في عامي 1925 و 1926 ، حاول إحياء المواليد الميتين. واحد منهم عاد إلى الحياة وكان بصحة جيدة. وأشار إلى أن هذا الطفل لم يستجب للعلاجات الأخرى مثل حقن الأدرينالين التي كانت تستخدم في تلك الأيام. ثم أدخل ليدفيل إبرة القطب أولاً في الأذين الأيمن ، وبعد ذلك ، عندما فشل التحفيز الأذيني ، في البطين الأيمن. أثر جهاز تنظيم ضربات القلب لمدة عشر دقائق ، وعندما أوقف ليدفيل جهاز تنظيم ضربات القلب ، بدأ القلب في العمل.

يعتبر مريض الدكتور ليدفيل أول شخص نجا من الوتيرة ، وجهاز ليدفيل هو أول جهاز تنظيم ضربات القلب الاصطناعي. وفقًا لخطة الطبيب ، كانت الماكينة مخصصة للحالات الطارئة عندما توقف قلب المريض تحت التخدير العام أثناء الجراحة.

في وقت لاحق ، اعترف مبدع أول جهاز تنظيم ضربات القلب في العالم أن الجهاز يعمل بنجاح متفاوت ، ولكن واحدًا من أصل خمسين أو مائة حياة محفوظة يعد تقدمًا كبيرًا عندما لا يكون هناك أمل في إنقاذ الجميع. ومع ذلك ، بقي عمل ليدفيل بعد ذلك دون رقابة ولم يؤد إلى اختراق في أمراض القلب.

1930s: ألبرت هيمان ناظمة اصطناعية

خلال العلاج داخل القلب للسكتة القلبية ، لاحظ ألبرت هايمان من مستشفى نيويورك ، بيث ديفيد ، أن نجاح هذا الإجراء لا يعتمد على الدواء المستخدم ، ولكنه ناجم عن حقن إبرة في القلب. توصل إلى استنتاج مفاده أنه عندما يتوقف القلب ، يمكن أن يزعج توازنه الكهربائي الديناميكي بحقن واحد ، مما قد يؤدي إلى احتشاء عضلة القلب. يمكن لبعض اللقطات أن تجعل الأمور أفضل ، لكنها خطيرة للغاية.
نظرًا لأن المحفزات الميكانيكية تعمل عن طريق تغيير الإمكانات الكهربائية ، فقد توصل هايمان إلى فكرة التحفيز المباشر لعضلة القلب عن طريق النبضات الكهربائية التي تمر عبر أقطاب الإبرة ، مع التحفيز المتكرر دون أي خطر. ثم أنشأ Hyman في عام 1932 جهاز تنظيم ضربات القلب بتصميم مبتكر لذلك الوقت. كان يتألف من مولد كهرومغناطيسي ، والذي كان مطلوبًا للحصول على أقطاب كهربائية لتزويد التيار المباشر. قام مغناطيسان كبيران على شكل حرف U بتزويد التدفق المغناطيسي الضروري لحث التيار في المولد. تم استخدام قرص تقطيع للتحكم في مدة النبض الكهربائي الموفر للأقطاب الكهربائية. وزن هذا الجهاز المحمول 7.2 كجم.

استنتج الباحثون العصريون الذين جربوا جهاز تنظيم ضربات القلب Hyman أنه غير فعال بسبب انخفاض جهد الخرج في النبضات المتولدة ، وأدرك Hyman نفسه عيوب جهاز تنظيم ضربات القلب.

بعد عام 1945: جهاز تنظيم ضربات القلب جون هوبس

بعد عدة سنوات من الحرب العالمية الثانية ، تم إحياء الاهتمام بجهاز تنظيم ضربات القلب الاصطناعي في ممارسة القلب بفضل جهود Callaghan و Bigelow و Hopps من تورنتو في كندا. أثناء دراستهم لنقص حرارة الجسم العام ، لاحظوا أن احتمالية السكتة القلبية مرتفعة مع انخفاض درجة حرارة الجسم.

يعد التحكم في معدل ضربات القلب أمرًا حاسمًا للبقاء على قيد الحياة خلال فترة الاحترار عندما تتسارع عملية التمثيل الغذائي في أنسجة الجسم ، ولهذا السبب ، قام المهندس جون هوبز من مجلس البحوث الوطني في كندا بإنشاء جهاز تنظيم ضربات القلب الاصطناعي الذي يمكن أن ينتج نبضات الإيقاع الصحيحة من خلال الأقطاب الكهربائية بعد من بضع الصدر . اجتاز الجهاز بنجاح اختبارات على أربعة كلاب عانت من سكتة قلبية بسبب انخفاض حرارة الجسم.

بعد الاختبارات الناجحة ، أدرك هوبس أنه يمكن استخدام جهاز تنظيم ضربات القلب بشكل متساوٍ للتحكم في النبض في درجة حرارة الجسم الطبيعية. سيطر الجهاز بنجاح على معدل ضربات القلب في الحيوانات عند درجة الحرارة العادية ، لكنه فشل في الاختبارات البشرية. ساء المرضى فجأة بسبب انتهاك الاندفاع الكهربائي من الأذينين إلى البطينين بعد احتشاء عضلة القلب. على الأرجح ، يكمن سبب الفشل في حقيقة أن جهاز تنظيم ضربات القلب كان عبارة عن غرفة واحدة: تم تحفيز الأذينين فقط ، وليس البطينين.

جهاز تنظيم ضربات القلب Zoll والاستخدام السريري الأول

حدث أول استخدام سريري لجهاز تنظيم ضربات القلب في عام 1952. حدث هذا أثناء دخول رجل عمره 75 عامًا ، عندما دخل مستشفى بيت إسرائيل. بعد اثنين من الإغماء الناجم عن انخفاض حاد في النتاج القلبي ونقص التروية الدماغية بسبب عدم انتظام ضربات القلب ، عانى من إحصار القلب لمدة عامين. في المستشفى ، ساءت حالته - استمر في التعرض لهجمات من البثور ، على الرغم من 34 حقنة داخل القلب للأدرينالين لمدة 4 ساعات.

قام الدكتور بول م. زول ، دكتوراه في الطب ، بتطبيق التحفيز الكهربائي الخارجي لمريضه وحفز قلبه بنجاح لمدة 25 دقيقة القادمة. لسوء الحظ ، طور المريض العديد من الحقن داخل القلب.دكاك القلب والإنعاش لم يساعد.

في وقت لاحق ، تمكنت Zoll من تحديد معدل ضربات القلب لرجل آخر يبلغ من العمر 65 عامًا يعاني من هجمات مماثلة من انقباض البطين بفضل إجراء التحفيز الكهربائي الخارجي لمدة خمسة أيام. في نهاية اليوم الخامس من العلاج ، وصل المريض إلى إيقاع متسارع البطينات من 44 نبضة في الدقيقة ، وخرج منه.



في ورقة نشرت في عام 1952 ، وصف زول الإنعاش القلبي باستخدام أقطاب كهربائية على الصدر العاري مع نبضات 2 مللي ثانية بجهد يتراوح بين 100-150 فولت على الصدر حتى 60 نبضة في الدقيقة. أثار هذا الوصف السريري الأولي تقييمًا شاملاً للسرعة. لقد أدرك الأطباء والجمهور حقيقة أن أمراض القلب يمكن هزيمتها بمساعدة الانظام. خدم عمل Zoll كأساس للبحث والتطوير في المستقبل.

منتصف 1950s: طريقة Lillehay

في منتصف الخمسينيات ، عندما بدأ الأطباء في إجراء جراحة القلب المفتوح ، كانت كتلة القلب بعد الجراحة مشكلة خطيرة بشكل خاص لجراحي القلب. لا يمكن استخدام التحفيز الكهربائي الخارجي للمرضى الذين يعانون من هذا المرض ، حيث يلزم التحفيز المستمر بمرور الوقت. بدأ جراح القلب كلارنس والتون ليلهي وزملاؤه في كلية الطب بجامعة مينيسوتا بتطوير نظام أكثر تطوراً. وقد ساعدهم مهندسون من شركة مدترونيك ، التي أصبحت فيما بعد واحدة من أشهر الشركات في العالم في مجال إنشاء تقنيات أجهزة تنظيم ضربات القلب.

بحلول عام 1957 ، وجد الباحثون أنه من خلال الجمع بين مولد النبض وأسلاك القطب المتصلة مباشرة بقلب الكلب ، يمكن التحكم في معدل ضربات القلب. لذا قدم Lillechai وفريقه أول جهاز تنظيم ضربات القلب للترانزستور في العالم.

في 30 يناير 1957 ، استخدم Lillechai هذه التقنية لاستعادة إيقاع القلب لطفل يعاني من حصار في القلب. خضع لعملية جراحية لإصلاح عيب الحاجز البطيني. تم تنشيط القلب باستخدام نبضات مدتها 2 مللي ثانية بجهد يتراوح من 1.5 إلى 4.5 فولت ، وهو أقل بكثير من التجارب التي وصفها زول. علاوة على ذلك ، كانت الطريقة فعالة وتحملها المرضى جيدًا.

1958: أوكي سينينج ورون المكفيست - ولادة أجهزة تنظيم ضربات القلب

لا يمكن الحفاظ على طريقة جهاز تنظيم ضربات القلب التي طورتها Lillechai لفترة طويلة بسبب خطر العدوى ، وتسبب في عدم الراحة عند ارتداء جهاز تنظيم ضربات القلب ، وبعد بضعة أشهر أصبحت غير فعالة. الطريقة الوحيدة لمنع العدوى - لإزالة الأسلاك من الجسم من خلال شقوق الجلد - كانت الدافع لتطوير أجهزة تنظيم ضربات القلب.

المحاولات الأولى قام بها الجراح أوكي سينينج والمهندس رون إلمكفيست في مستشفى جامعة كارولينا في السويد. تم زرع أول جهاز لتنظيم ضربات القلب في 8 أكتوبر 1958 ، إلى أرني لارسون البالغ من العمر 43 عامًا مع انسداد كامل للقلب ومتلازمة مورغاني آدامز ستوكس. كانت العملية ناجحة ، ولكن بعد ثلاث ساعات من الزرع ، انكسر جهاز تنظيم ضربات القلب. تم زرع كتلة مماثلة في اليوم التالي ، ولكن هذا لم ينجح. أخيرًا ، تقرر التخلي عن سرعة هذا المريض حتى يتم تطوير نظائر أكثر نجاحًا.

لحسن الحظ ، لم تعد هجمات Morgagni-Adams-Stokes تزعج المريض لمدة ثلاث سنوات حتى يتلقى عملية زرع ثانية. في النهاية ، خضع لـ 24 تدخلًا جراحيًا وعاش حتى عام 2001 ، عندما توفي عن عمر يناهز 86 عامًا بسبب ورم خبيث غير ذي صلة.

لعبت هذه المحاولات لإنشاء جهاز تنظيم ضربات القلب القابل للغرس دورًا مهمًا في إنشاء الأجهزة على نطاق صناعي بسعر معقول. تم تمويل التنمية في هذا المجال بشكل جيد. بدأ الإنتاج الأول لأجهزة تنظيم ضربات القلب في عام 1970.

1970: ترقية لأجهزة تنظيم ضربات القلب



في بداية السبعينيات ، كان المصنعون يفكرون بجدية في استخدام الطاقة النووية لتشغيل أجهزة تنظيم ضربات القلب. استخدمت الأجهزة طاقة الاضمحلال من البلوتونيوم 238 الذي تم تحويله إلى طاقة كهربائية. على الرغم من عمر الخدمة الطويل حقًا من 10 إلى 20 عامًا والموثوقية بنسبة 99 ٪ ، فقد عرقل التعرض للإشعاع جميع الفوائد. لم يوصي العلماء باستخدام الطاقة النووية لتشغيل أجهزة تنظيم ضربات القلب ، وفي النهاية لم تحصل هذه الأجهزة على اعتراف واسع النطاق.

خلال النمو الهائل للابتكارات التكنولوجية في 1973-1980 ، أصبحت أجهزة تنظيم ضربات القلب التي تم إنتاجها في 1970 عفا عليها الزمن بسرعة. ركز المصنعون على تحسين مصدر الطاقة المستخدم في أجهزة تنظيم ضربات القلب. يعد مصدر الطاقة مهمًا لأنه يحدد المتانة والموثوقية مع نوع البطارية التي سيتم استخدامها في المستقبل ، ووزن جهاز تنظيم ضربات القلب وحجمه. بعد عدة تجارب فاشلة مع بطاريات النيكل والكادميوم والزئبق والزنك ، تم اعتماد بطارية الليثيوم كمصدر طاقة دائم نسبيًا.

بالإضافة إلى ضمان العمر الطويل لجهاز تنظيم ضربات القلب ، جعلت بطاريات الليثيوم أيون من الممكن إغلاق مولدات النبض. تم تطوير مصدر الطاقة هذا على مدى السنوات التالية كبطارية بديلة مفضلة لأجهزة تنظيم ضربات القلب.

دوائر قابلة للبرمجة ومتكاملة

المحاولات الأولى في اتجاه قابلية البرمجة ، أي تعديلات المحفز المزروع للعمل بشكل غير جراحي ، تم إجراؤها في عام 1931. قامت شركة جنرال إلكتريك بتصنيع جهاز تنظيم ضربات القلب الذي تم تغيير معدل نبضه بواسطة مفتاح مغناطيسي مزدوج. يمكن للمريض الاختيار بين 70 نبضة في الدقيقة أثناء الراحة أو 100 نبضة في الدقيقة أثناء النشاط البدني ، وتغيير المفتاح بمغناطيس خارجي. بعد ذلك ، لم تتم محاولات برمجة جهاز تنظيم ضربات القلب حتى عام 1972 ، عندما أدخلت شركة مدترونيك جهازًا قابلاً للبرمجة مع تروس متصلة بمغناطيسات بار صغيرة داخل مولد نبض قابل للغرس.

في عام 1973 ، أدخلت الشركة جهاز تنظيم ضربات القلب آخر ، حيث يمكن تغيير السرعة عن طريق إشارات التردد اللاسلكي المرسلة من خلال المبرمج. بعد فترة وجيزة ، أصبحت قابلية البرمجة خاصية متكاملة لأجهزة تنظيم ضربات القلب.

بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم الدائرة الهجينة طاقة بطارية أقل لأنها تستخدمها فقط عند تنفيذ إجراءات مثل فتح أو إغلاق المفتاح. كما سمح المخطط الهجين للمصنعين بتقليل مولداتهم وضمان موثوقية وطول عمر أجهزة تنظيم ضربات القلب.

الثمانينيات: أجهزة تنظيم ضربات القلب ثنائية الغرفة

بحلول هذا الوقت ، اعتمد الجميع تقريبًا على أجهزة تنظيم ضربات القلب في الدوائر المتكاملة الهجينة وبطاريات الليثيوم التي ستتحكم بشكل موثوق في ضربات القلب لمدة 8 سنوات على الأقل. منذ عام 1983 ، بدأ بعض مصنعي أجهزة تنظيم ضربات القلب في الولايات المتحدة في التنافس في ساحة تكنولوجيا أجهزة تنظيم ضربات القلب المزدوجة الغرفة الجديدة. على عكس أجهزة تنظيم ضربات القلب ذات الغرفة الواحدة ، تحفز الغرفتان منطقتين في نفس الوقت: البطينين والأذينين.

ادعى المصنعون والأطباء أن أجهزة تنظيم ضربات القلب المزدوجة الغرفة توفر تنسيقًا أفضل بين تقلصات الأذين والبطين والمضاهاة الأقرب مع ضربات القلب الطبيعية وتعطي تأثيرًا فسيولوجيًا ملحوظًا. على الرغم من كل المزايا ، كان من الصعب على الأطباء اكتشاف الأجهزة الجديدة والتعود على المؤشرات الجديدة: معدل ضربات القلب والسعة والمدة. كانت أجهزة تنظيم ضربات القلب ذات الغرفتين أكثر تكلفة من أجهزة تنظيم ضربات القلب ذات الغرفة الواحدة ، التي كانت لا تزال تمتلك في عام 1989 نسبة 75٪ من سوق أجهزة تنظيم ضربات القلب في الولايات المتحدة.

1990s: طفرة في زرع جهاز تنظيم ضربات القلب

من الصعب تحديد العدد الدقيق لعمليات زرع جهاز تنظيم ضربات القلب في هذا العقد: في عام 1997 وحده ، يتراوح النطاق من 192 ألف إلى 317 ألف عملية زرع. النمو العنيف بسبب عدة أسباب. أولاً ، بين عامي 1990-1999 ، ازداد عدد كبار السن الذين لديهم مخاطر عالية من عدم انتظام ضربات القلب. ثانيًا ، تعلم أطباء القلب تحديد الأعراض الأولى لبطء القلب وتخطيط القلب بسرعة وبدقة ويمكنهم تحديد موعد العملية في الوقت المناسب. وأخيرًا ، أدت الطريقة الغازية الجديدة لاستئصال القسطرة بالترددات اللاسلكية إلى زيادة طفيفة في عدد الغرسات. خلال هذه الفترة ، كان الأطباء ينظرون بوضوح إلى جهاز تنظيم ضربات القلب على أنه جهاز ضروري لعلاج أمراض القلب.

الحاضر

اليوم ، جهاز تنظيم ضربات القلب هو جهاز إلكتروني معقد يتكون من ثلاثة مكونات رئيسية: غلاف من التيتانيوم ودائرة إلكترونية وبطارية ليثيوم أيون ، والتي ستستمر من 5 إلى 10 سنوات. تتيح لك التكنولوجيا الحديثة إنشاء أجهزة تنظيم ضربات القلب بحجم ساعة رجالية.
يتم زرع جهاز تنظيم ضربات القلب على عدة مراحل. أولاً ، يقوم جراح القلب بعمل شق ويبرز أحد الأوردة أو الشرايين - غالبًا ما يكون الوريد الجانبي للذراع أو الشريان تحت الترقوة. ثم يتم إدخال أقطاب كهربائية أو أكثر من خلال الوريد في القلب ويتم فحص الموقع الصحيح للأقطاب الكهربائية باستخدام الوحدة الخارجية لمجمع برمجيات الأجهزة. وأخيرًا ، يتم تثبيت الجهاز نفسه في جيب تحت الجلد ، متصلاً بالأقطاب الكهربائية ، ثم يتم خياطة الشق.

Source: https://habr.com/ru/post/ar400047/