Animácia

Funkcia srdca a dva okruhy krvného obehu - viď animáciu.

Zlyhanie srdca nepatrilo vždy medzi popredné príčiny smrti. Ľudia zvykli umierať na infekcie, úrazy, podvýživu. Keď sa tieto príčiny smrti stali zriedkavejšie, vystriedali ich úmrtia následkom aterosklerózy  (srdcové a mozgové infarkty a iné náhle skony), priemerný vek populácie sa zvýšil a ľudia sa stále častejšie dožívajú vzniku zhubných nádorov. S istým zjednodušením sa dá povedať, že keď sa medicína dokázala vysporiadať aj s akútnymi komplikáciami aterosklerózy, stále viac pacientov sa dožíva situácie, kedy je ich srdce natoľko poškodené, že jednoducho nestačí prečerpávať dosť krvi, aby udržalo telo svojho majiteľa nažive.

V posledných chvíľach niekedy zlyhávajúce srdce bije stále pomalšie a krvný tlak postupne klesá, až nastane smrť, inokedy sa objaví náhle porucha srdcového rytmu, pri ktorej zlyhá koordinácia sťahov svalových vlákien srdca a vtedy sa krvný obeh náhle zastaví. Život s postupne zlyhávajúcim srdcom však môže trvať dlhé roky a jeho najčastejším a najnepríjemnejším príznakom je zadýchavanie sa. Najskôr len pri námahe, potom aj v pokoji. Kým sa srdce napokon zastaví, pacient sa postupne stále viac dusí. Je to útrpné umieranie a môže zaň usporiadanie krvného obehu.

Na krvný obeh sú kladené dve protichodné požiadavky, týkajúce sa krvného tlaku. Po prvé, krvný tlak musí byť dosť vysoký, aby bol zaistený dostatočný prísun krvi do všetkých orgánov - vrátane mozgu, ktorý má požiadavky na prietok krvi vysoké a k tomu je uložený na najvyššom mieste tela.

Zvětšit obrázek

Skutočne symbolický obrázok: dnes už zosnulý profesor Michael DeBakey, priekopník transplantácie srdca, s mechanickým podporným čerpadlom v ruke. Kredit: MicroMed Cardiovascular, Inc.

Po druhé, pretože sa krv musí okysličovať v pľúcach, nesmie v nich jej tlak prekročiť hranicu, za ktorou začne tekutina z krvi unikať cez jemnú, pre plyny priepustnú membránu do pľúcnych mechúrikov - alveolov. Stvoriteľ či evolúcia si s týmto problémom poradili tak, že máme vlastne dva krvné obehy, spojené za sebou: nízkotlaký pľúcny, v ktorom prebieha výmena plynov medzi vdýchnutým vzduchom a krvou (kyslíka a oxidu uhličitého) a systémový, kde sa krv rozvádza do orgánov pod vysokým tlakom. Že obe srdcové komory prečerpajú presne rovnaké množstvo krvi, je umožnené ich poddajnosťou (spočítajte, čo by sa stalo, ak by pri každom pulze prečerpala jedna komora o mililiter viac, ako druhá). Pre život nebezpečná situácia nastane, ak chorá ľavá komora nestíha odoberať krv z pľúcneho obehu a pravá ju do neho stále pumpuje. Tlak v pľúcnych kapilárach môže presiahnuť kritickú hranicu, pri ktorej začne tekutina presakovať do pľúcnych mechúrikov, vytlačí z nich vzduch a znemožní dýchanie. Spočiatku si chorý dokáže pomôcť tak, že sa prestane pohybovať, zníži spotrebu kyslíka, nároky na výkon srdca klesnú a pomery v krvnom obehu sa upravia. Keď to prestane pomáhať, zistí, že sa mu lepšie dýcha posediačky, kedy sa spomalí prítok krvi z dolnej časti tela nahor do pravej komory srdca, tým sa zníži tlak v pľúcnom obehu a zastaví sa presakovanie tekutiny do pľúcnych mechúrikov. (Zato ale začnú opúchať nohy - prebytočná tekutina si svoje miesto nájde...)

Logickým a účinným krokom je obmedzenie príjmu tekutín, čo však pri akútnom (náhlom) zlyhaní srdca nestihne pomôcť. Jednorazovo môže zabrať metóda známa od staroveku: venepunkcia, teda vypustenie niekoľkých decilitrov krvi zo žily. Pri nej však pacient okrem tekutiny stráca aj cenné krvinky a bielkoviny krvnej plazmy, takže sa nedá príliš často opakovať. Prelomom sa stal objav liekov, ktoré dokážu v krátkej dobe vyvolať intenzívne vylučovanie tekutín vo forme moču - diuretík. Pacient sa takto rýchlo zbaví prebytku tekutiny. Hoci dnes bezkonkurenčný furosemid, záchranca snáď miliónov životov, je málo jedovatý, vo veľkých dávkach môže poškodiť obličky (čomu sa dá zabrániť len prerušením liečby) a spôsobuje občas nebezpečné straty draslíka (ktorý sa ale dá nahradiť). Ďalším výborným riešením sú lieky rozširujúce tepny a znižujúce tlak krvi. Takto zmenšia nároky na výkon srdca aj tlak v pľúcnom obehu. Určite aj im vďačíme za milióny zachránených životov.

Oba tieto spôsoby liečby síce predĺžia život o celé roky, ale s postupom choroby sa nakoniec stane ich účinok nedostatočný. Je tu ešte jedno, zdanlivo jednoduché riešenie: zvýšiť výkonnosť ľavej srdcovej komory. Lieky, ktoré to mali dokázať, existujú - už takmer dve storočia poznáme digitalisové glykozidy a desaťročia betasympatikomimetiká, inhibítory cholinesterázy či levosimendan. Bohužiaľ, ich účinnosť je minimálna. Zrejme za to môžu fyzikálne zákony, napríklad ten o zachovaní energie v uzavretom systéme ešte nikto neoklamal.

Takto pracuje myozínová hlavica srdcového, ale aj každého iného svalu, takto príroda vyriešila premenu chemickej energie na mechanickú. Kredit: San Diego State University College of Sciences

Srdcový sval získava energiu prevažne oxidáciou glukózy. Aby srdce dobre fungovalo, musia byť (okrem iného) splnené tri podmienky: dostatok nepoškodenej svaloviny, prísun energeticky bohatej substancie a kyslíka. Nebudem podrobnejšie rozvádzať mechanické prekážky obehu, ako sú zúžené či nedomykavé chlopne - tie už dnes vedia kardiochirurgovia opraviť. O značný objem fungujúcej svaloviny môže pacient prísť následkom dlhodobého nedokrvenia alebo pri rozsiahlom infarkte - náhlom upchaní koronárnej tepny a zastavení prívodu kyslíka (bunky srdcového svalu začnú v priebehu desiatok minút odumierať). Zriedkavejšou príčinou je zápal alebo postupné poškodenie pri nemiernom pití alkoholu. S odumretou svalovinou, ktorú nahradilo väzivo, sa už nedá nič robiť.

Zvyšovanie výkonu zostávajúcej svaloviny srdca naráža na fyzikálny zákon. Elementárnou jednotkou svalu sú špeciálne bielkoviny, aktínové a myozínové vlákna, ktoré sú zasunuté medzi seba a stýkajú sa postrannými reťazcami, myozínovými hlavicami. Keď sa na ne naviažu molekuly adenozíntrifosfátu, ohnú sa a tým pohnú protiľahlým vláknom aktínu. Zjednodušene: na jeden takýto elementárny posun sa spotrebuje energia jednej fosfátovej väzby molekuly adenozíntrifosfátu, ktorá sa zmení na adenozíndifosfát a uvoľní sa z myozínovej hlavice. Proces je riadený iónmi vápnika a horčíka a prebieha cyklicky. V priebehu desatiny sekundy sa uskutoční množstvo takýchto drobných krôčikov. Pokusy nájsť substanciu, ktorá by priamo zvyšovala účinnosť premeny chemickej energie na mechanickú kontrakciu srdcového svalu boli neúspešné z jasného dôvodu: buď myozínová hlavica svoju molekulu ATP dostane a koná mechanickú prácu, alebo nie - a potom nepracuje.

Nejaké riešenie predsa ešte jestvuje: zabezpečiť srdcovému svalu lepší prísun kyslíka na výrobu adenozintrifosfátu (glukóza nebýva problém). To sa dá zaistením dostatočného prietoku krvi koronárnymi tepnami. Príslušné postupy sú už dovedené až k hranici možností: koronárne tepny možno dokonca operovať - rozširovať bez otvorenia hrudníka pomocou špeciálnych balónikov, ktoré sa tepnami zavedú do zúženého miesta a nafúknu. Ošetrené miesto sa môže ešte zaistiť jemnou drôtenou sieťkou - stentom. Tento výkon sa nazýva koronárna angioplastika a v Čechách aj na Slovensku sa ich robia ročne tisíce. Ak sa to nedá, možno ešte otvoriť hrudník a zúžený úsek tepny premostiť kúskom cievy odobratej či premiestnenej z iného miesta tela, kde je postrádateľná - volá sa to koronárny bypass. Ak sú však koronárne tepny postihnuté v takom rozsahu, že ani operácie nepomôžu, pacientovo srdce je nevyliečiteľné. Rovnako, ako keď už neostáva dostatok práceschopnej svaloviny z iného dôvodu.

Stránka s videom

Rozšírenie zúženého úseku koronárnej tepny pomocou zavedeného balónika - balónková angioplastika. Ošetrený úsek tepny je zabezpečený sieťkou - stentom - v snahe predísť opakovanému uzatvoreniu tepny v tomto mieste. Aby tento výkon mal úspech, za opraveným úsekom tepny musí byť ešte práceschopný srdcový sval. Viď video.

Jediným riešením ostáva náhrada chorého srdca za iné, zdravé. Ale kde ho zobrať? Pacientov, ktorí by potrebovali transplantovať srdce sú na svete ročne stotisíce, vhodných darcov, prevažne zdravých obetí ťažkých úrazov s nepoškodeným, bijúcim srdcom a s nenávratne poškodeným mozgom, sú snáď tisíce ročne. Operácie sú náročné, organizmus pacienta môže transplantované srdce v rôznej miere odhojovať následkom imunitnej reakcie proti cudziemu tkanivu a potrebná je celoživotná, niekedy veľmi náročná a napriek tomu neúspešná imunosupresívna liečba. Odhojenie transplantátu bolo aj príčinou neúspechu prvej transplantácie srdca na svete, ale odvtedy sa už veľa zmenilo k lepšiemu. Do niekoľkých hodín po získaní orgánu na transplantáciu je možné nájsť v zozname čakateľov takého príjemcu, ktorého organizmus ho s veľkou pravdepodobnosťou neodvrhne a pripraviť operáciu. Ďalším kľúčovým objavom je cyklosporín, prvý vysoko účinný liek, potláčajúci imunitnú odpoveď príjemcu. Zdokonalenie operačnej techniky, optimalizácia pooperačného sledovania a liečby viedlo k dnešnému stavu, kedy 80 % pacientov prežíva 3 roky od operácie a až 50 % 10 rokov od operácie (pričom druhý údaj vlastne zodpovedá stavu pred vyše 10 rokmi, takže perspektíva dnešných operovaných bude ešte lepšia). Ale hoci sa zlepšila aj organizácia pri získavaní darcovských orgánov, ich nedostatok bude i v dohľadnej budúcnosti hlavným obmedzením tejto metódy liečby.

Pracuje sa ešte na jednom možnom riešení: xenotransplantácii, teda transplantácii srdca zvieraťa. Tej však stoja v ceste obrovské problémy, ktoré dnešná imunológia zďaleka nedokáže vyriešiť. Najlepším riešením sa zdá vytvorenie "darcovského" transgénneho zvieraťa. Vhodným kandidátom je prasačie srdce (vyhovujúca veľkosť, dostupnosť, menšie riziko prenosu zvieracej infekcie na darcu, ako pri opiciach). Mnohé mechanizmy zodpovedné za imunitnú reakciu proti prasačiemu transplantátu už boli identifikované a šľachtenie transgénnych prasiat má za sebou významný pokrok, koniec tejto cesty je však stále v nedohľadne.

Zvětšit obrázek

Umelé srdce. A takto funguje (video).

Od počiatku transplantácii srdca prebieha vývoj úplnej mechanickej náhrady - umelého srdca (anglicky Total Artificial Heart, TAH). Mechanický implantát je síce odolný proti imunitnej reakcii pacienta a možno ich vyrobiť toľko, koľko sa ukáže potrebné (prípadne účelné), ale tým jeho výhody zatiaľ končia. Ťažko riešiteľných problémov je oveľa viac: musí sa zmestiť do pacientovho hrudníka, nesmie vyvolávať zápal okolitých tkanív, musí byť nesmierne spoľahlivé (vydržať bez opotrebovania najmenej 30 000 000 pracovných cyklov ročne), nesmú sa v ňom tvoriť krvné zrazeniny - tromby, potrebuje spoľahlivý zdroj energie prijateľných rozmerov (prvý podporný aparát vážil 180 kg, dnešný už môže pacient nosiť na pleci a indukčne, teda bezdrôtovo nabíjané implantované akumulátory umožňujú temer hodinový nezávislý pohyb pacienta). Všetky problémy sa doteraz nepodarilo uspokojivo zvládnuť. Preto sa dodnes umelé srdce implantuje zriedkavo, prevažne ako dočasné riešenie pred transplantáciou. Viac, ako dvojročné prežívanie takýchto pacientov je neobvyklé. Vedci sa však nevzdávajú a viacerí ohlásili testovanie nových prototypov.

Zvětšit obrázek

Podporné čerpadlo (Left Ventricular Assist Device – LVAD) odoberá krv kanylou zavedenou do hrotu ľavej komory a vytláča ju do aorty. Tento typ je káblom prepojený s riadiacou jednotkou. Súčasťou "postroja" pre pacienta sú akumulátory. Kredit: Thoratec. Ako funguje – na videu je novší typ, princíp je ale rovnaký.

Asi najväčší pokrok nakoniec prišiel v podobe zamýšľaného dočasného riešenia. Aby sa kriticky chorí pacienti vôbec dožili operácie (a to nielen transplantácie srdca), začali sa vyvíjať rôzne pumpy na podporu zlyhávajúceho srdca (anglicky Left Ventricular Assist Device - LVAD). Pôvodne sa ani príliš nepočítalo s ich dlhodobým používaním, ich príslušenstvo bolo rozmerné, pacient bol upútaný na lôžko a z jeho tela viedli hadice k pumpe. Čas čakania sa však predlžoval, technika pokročila a vznikli prístroje, ktoré pacientovi umožňovali istú voľnosť pohybu. Ako aj pri vývoji umelého srdca, začínalo sa so zariadeniami, ktoré sa funkčne podobali bijúcemu srdcu. Taký bol aj princíp dočasnej podpory obehu - balónkovej kontrapulzácie: dlhý balónik sa zaviedol do najväčšej tepny tela, aorty a z vonkajšieho zdroja sa nafukoval vo chvíli, keď skončilo vypudzovanie krvi zo srdca. Takto posunul isté neveľké množstvo krvi ďalej do krvného obehu a vzápätí, ešte pred ďalším úderom srdca sa vyprázdnil. Zariadenie je určené na skutočne krátke, niekoľkodňové preklenutie kritického obdobia pri náhlom zlyhaní srdca pri infarkte alebo po operácii. Dlhšiu podporu zlyhávajúcemu krvnému obehu poskytujú mechanické čerpadlá, pôvodne umiestnené mimo pacientovho tela. Bývajú väčšinou použité na podporu ľavej srdcovej komory, niekedy aj oboch komôr. Od prvej generácie zariadení, mechanicky zložitejších a menej spoľahlivých púmp s pulzujúcim prietokom, sa okolo roku 2008 prešlo k druhej generácii čerpadiel s rovnomerným prietokom, kde krv poháňa rotor. Ukázalo sa, že táto zmena významne predĺžila prežívanie pacientov bez komplikácii. Podľa usporiadania sú tieto čerpadlá radiálne alebo axiálne. Ako tretia, najnovšia generácia sa označujú vysoko spoľahlivé čerpadlá s jedinou pohyblivou súčiastkou - rotorom s hydrodynamickým alebo elektromagnetickým závesom, bez ložísk, s bezkontaktným pohonom. Prívod energie je indukčný, čím sa odstránil kábel ako možná cesta infekcie a zdroj komplikácii. Vnútorný povrch najnovších zariadení je biokompatibilný, s nízkym rizikom tvorby krvných zrazenín ohrozujúcich pacienta i zariadenie. Zdrojom energie sú lítiové batérie, ktoré sa postupne zmenšujú, takže spotrebu (okolo 5-10 wattov) už pokrývajú nabíjateľné zdroje veľmi prijateľnej veľkosti.

Základnou výhodou podporných zariadení voči implatnácii kompletnej náhrady srdca bola možnosť ich pomerne jednoduchého odstránenia pred transplantáciou srdca alebo pri (bohužiaľ zriedkavom) uzdravení vlastného srdca pacienta. Aj ich implantácia je omnoho jednoduchšia. Okrem toho poskytujú určitý krátky čas na zásah pri poruche. A ako bolo spomenuté, existujú už aj prístroje, ktoré je možné pacientovi implantovať, takže mimo tela ostáva len zdroj energie. Pre porovnanie, prvý pacient s umelým srdcom mohol opustiť nemocnicu až na začiatku roku 2011 ako čakateľ na transplantáciu. Pritom v roku 2007 umrel (na zlyhanie obličiek) iný pacient, ktorý používal podporné zariadenie vyše 7 rokov, počas ktorých cestoval okolo sveta a pilotoval ultraľahké lietadlo. Aj iné parametre vychádzajú priaznivo: pacienti s konečným štádiom srdcového zlyhania liečení liekmi vyžadujú prijatie do nemocnice priemerne raz za mesiac, s podporou obehu priemerne raz za pol roka (hoci táto pekná štatistika je pravdepodobne skreslená tým, že na mechanickej podpore obehu je viac mladých pacientov bez pridružených ochorení). Preto sa v poslednom období začalo už jednoznačne uvažovať o používaní mechanickej podpory obehu aj ako o definitívnom riešení, zatiaľ hlavne pre starších pacientov.

Dá sa predpokladať, že onedlho už nebude hlavným problémom funkčnosť, ale dostupnosť implantovateľných zariadení na podporu ľavej srdcovej komory. Možno tu popúšťam uzdu svojej fantázii, ale náhle rozšírenie mobilných telefónov počas niekoľkých rokov tiež málokto očakával. Takže hádam bude o niekoľko málo rokov platiť aj toto pravidlo: Ak nájdete na ulici človeka v bezvedomí a nenahmatáte mu pulz, nemusí byť mŕtvy. Možno má implantovanú podporu krvného obehu - a tá pracuje bez pulzácií...

Video: Život s podporným čerpadlom ( LVAD). Chodiť s tým postrojom asi ešte nie je to pravé, pripomína to časy, kedy sa nosili mobilné telefóny v kufríku. Časom sa to ale zrejme vylepší.

Video: Komu nevadí pohľad na krv, môže si pozrieť aj na implantáciu podporného čerpadla. (Operácia musí samozrejme prebiehať s použitím mimotelového obehu, takže krvácanie nie je veľké. Napriek tomu to pre mnohých nemusí byť príjemný pohľad.)