El Corazón artificial

Resumen

En el presente artículo se tratara sobre El Corazón Artificial, revisaremos su evolución desde sus primeros inicios, su efectividad e importancia al incorporación a un ser vivo.

Abstract—In this article will discuss about Artificial Heart, will review its evolution from its earliest beginnings, the effectiveness and importance to incorporating a living.

Introducción

El corazón artificial, dispositivo compuesto por materiales sintéticos, su objetivo es reemplazar la funcionalidad del musculo fundamental de la vida el corazón, y de esta manera no estar sujeto totalmente a la dependencia de un donante, ya que en muchos casos este es un factor muy limitante por lo cual la expectativa de vida disminuye [3], [11].

Corazón artificial

La necesidad del desarrollo de un dispositivo capaz de reemplazar la función del órgano fundamental de la vida, el corazón biológico; está presente desde los inicios de la cirugía cardiaca, desde 1953 se pudo reemplazar temporalmente la función del corazón con circulación extracorpórea. La primera cirugía cardiaca realizada por el Dr. Christian Barnard en el año de 1967 con el trasplante del órgano, de donantes cadáveres conocido como alotrasplante, constituye un hito en esta área ya que es la mejor modalidad de contrarrestar el daño cardiaco, pero ya desde la década de 1940 se realizó los primeros experimentos e intentos de construir una máquina capas de bombear y oxigenar la sangre.[2], [10], [11]

II-A. ¿QUE ES UN CORAZÓN ARTIFICIAL?

El corazón artificial es una prótesis que se implementa a un ser vivo para que cumpla las funciones del corazón biológico [11].

II-B. HISTORIA DEL CORAZÓN ARTIFICIAL

Unos de los primeros dispositivos que podríamos considerar como corazón artificial, fue una máquina de asistencia cardio-pulmonar, que fue utilizada por su creador el Dr. John Heysham Gibbon en una cirugía de corazón abierto en el año de 1953 dando buenos resultados, ya que extraía la sangre del paciente la oxigenaba y la devolvía al cuerpo.[1], [11],[12]

Tet Akutsu y Willem Kolff en el año de 1957 comenzaron un programa de investigación en la clínica de Cleveland sobre el corazón artificial total.

Desde 1958 Domingo Liotta realizó varios estudios, sobre los corazones artificiales totales, desarrollando así en

1962 un sistema de asistencia ventricular, exclusivo para el ventrículo derecho, creado en la Baylor University College un instituto de Houston. Un año más tarde un 19 de julio de 1963 Domingo Liotta y E. Stanley Crawford implantaron el primer dispositivo clínico LVAD en el Methodist Hospital de Houston, realizando un bypass del Ventrículo Izquierdo desde el atrio izquierdo hasta la Aorta Torácica Descendente1 [1],[15], [19].

En 1963 Paul Winchell patentó el primer corazón artificial creado por el mismo, para posteriormente entregar esta patente a la Universidad de Utah. De este invento Robert Jarvik se basó para desarrollar el corazón artificial más conocido el Jarvik-7.[8], [14], [19], [20]

En el año de 1964 Domingo Liotta y Denton A. Cooley, realizaron el primer trasplante del corazón artificial total a un paciente que había sufrido un infarto cardiaco, el cual era un método temporal hasta sustituirlo por un corazón bilógico, pero el paciente falleció al ser intervenido nuevamente para implantar el corazón biológico, la principal causa fue una infección provocada por hongos.[5], [8], [20]

En la década de los años 70, existieron muchos dispositivos de asistencia ventricular, por lo que el Dr. Robert Jarvik inspirado y basado especialmente en el modelo patentado de Paul Winchell, diseño el primer prototipo de un corazón artificial total, el Jarvik 3, este dispositivo mostro grandes ventajas ya que al hacer las respectivas pruebas en animales vacunos vieron que estos podían tener una vida promedio de cuatro meses, sin ninguna intervención quirúrgica posterior al trasplante. Es así que para el año de 1976 El Dr. Robert Jarvik mejoro su diseño y desarrollo el Jarvik 7, el cual tiene ya una apariencia similar a un corazón biológico, utilizaba dos cámaras que hacían las veces de ventrículos, lo que nos permitía bombear la sangre a través de dos tubos conectados a estas cámaras, permitiendo una mayor circulación de flujo sanguíneo, y lo más relevante es el crecimiento de tejido alrededor del corazón artificial. Este prototipo fue aprobado para el trasplante en humanos en el año de 1981, la vida promedio de un paciente con este prototipo era de unos seis meses.[1], [8], [13],[17], [18]

Figura 1. Corazón Artificial Jarvik-7

La empresa AbioMed desarrollo un prototipo de corazón artificial en el 2001, denominado AbioCor, este dispositivo fue implantado en varios pacientes, lo cual llevada a un periodo de vida aproximadamente de 17 meses.[6], [13]

Figura 2. Corazón Artificial AbioCor

La empresa CardioWest para el 2004, diseño un exitoso corazón artificial debido principalmente a su eficiente compatibilidad ya que el porcentaje de sobrevivir a una cirugía cardiaca es del 71 %, y una esperanza de vida de unos cinco años. Aprobado en el año de 2006 por la FDA [6], [13].

Figura 3. Corazón Artificial CardioWest

II-C. ¿CÓMO SE CLASIFICA UN CORAZÓN ARTIFICIAL?

La clasificación de los distintos tipos de corazones artificiales se designa mediante las siguientes pautas.

II-C1. Funcionamiento: De acuerdo a la manera de funcionar el corazón artificial se clasifica en:

Pulsátiles: aquellos que utilizan una membrana externa para el bombeo de sangre, cada vez que esta se contrae.

No pulsátiles: caracterizados por tener un flujo de sangre continuo, mediante una bomba u otro medio.[16],[22]

II-C2. Periodo de uso: El dispositivo puede permanecer un periodo de corta, mediana o de larga duración en el paciente, teniendo dos factores a considerar el primero el fallecimiento del individuo, el segundo el reemplazo de un nuevo dispositivo. Un paciente ha logrado sobrevivir mediante este sistema aproximadamente un año.[2], [18], [22]

II-C3. Magnitud del trasplante: Hace referencia básicamente a que si el corazón artificial se queda o no dentro del ser humano, por lo que se clasifican en:

Paracorpóreos: cuando el dispositivo se encuentra fuera del cuerpo del paciente.

Implantables.[9], [22]

II-C4. Debido al reemplazo de la función biológica: Según el órgano que se vaya a reemplazar por este sistema pueden clasificarse en:

Dispositivo de Asistencia Cardíaca: es un dispositivo encargado de reemplazar la función de una parte del corazón como por ejemplo de un ventrículo.[4]

Corazón artificial total: este dispositivo reemplaza todas las funciones del corazón biológico, cuando este órgano fundamental presenta daños [10].

Funcionamiento

La función de un corazón artificial es la misma que la de un corazón bilógico, el AbioCor posee las cavidades para bombear la sangre en sus mitades izquierda y derecha. La sangre que oxigena los pulmones fluye hacia la cavidad izquierda, de donde sale a recorrer todo el cuerpo; la sangre con una existencia de oxígeno agotado entra y sale por la cavidad derecha.[13], [10]

Entre estas cavidades existe un mecanismo herméticamente sellado que desempeña la función de las paredes cardíacas, que genera movimientos de bombeo de sangre, en su interior un motor eléctrico hace girar una bomba centrífuga entre 5000 y 9000 rotaciones por minuto, esta bomba expulsa un líquido viscoso hidráulico, un segundo motor gira la válvula de cierre o apertura. Cuando la sección izquierda se llena del fluido su membrana se empuja hacia afuera expulsando así la cavidad izquierda a la sangre, simultáneamente el líquido hidráulico sale de la sección derecha por lo cual su membrana se desinfla dejando libre esta cavidad para que la sangre entre. [13], [10]

Estas válvulas cardiacas están fabricadas de plástico, los conductores de entrada están conectados a las aurículas izquierda y derecha del corazón extirpado y los conductores de salida a las arterias de aorta y pulmonar.

El corazón artificial pesa aproximadamente un kilogramo, más el peso de la batería interna, bobina de inducción eléctrica y el módulo de control otro kilogramo más,

unos 20 watt de energía eléctrica por lo que es necesario que se este cargando constantemente, por lo que se utiliza las baterías de litio el cinturón del paciente.[13], [10]

Figura 4. Esquema de funcionamiento del corazón artificial

Efectividad al incorporar a un ser humano

Como hemos venido analizando, este dispositivo ha tenido varias modificaciones, con el único propósito de proporcionar un alargamiento de vida a un ser humano que por muchos factores presente este órgano afectado.

Con varios diseños de estos dispositivos, los más sobresalientes son:[7], [23]

AbioCor.

CardioWest.

A pesar que estos dispositivos son los más sobresalientes por sus características propias, y gracias al aporte de Hiroaki Harasaki de la Cleveland Clinic que se ha encargado del mejoramiento de estos dispositivos como es el desarrollo de una película que atenúa la coagulación alrededor del órgano artificial que reduce el rechazo del paciente al trasplante, y la innovación de una fuente de energía interna que produce muy poca cantidad de calor por lo que no afectaría a otros órganos, con todo esto los dispositivos no llegan a ofrecer una calidad de vida al paciente que se ha realizado la intervención quirúrgica.[21], [10]

Al futuro se pretenden desarrollar dispositivos que mejoren la calidad de vida del paciente, desean obtener un modelo matemático sobre los movimientos que transmite un corazón para de esta manera generar un corazón artificial más efectivo [10].

Figura 5. Transplante CardioWest

Conclusión

Vale destacar que en estos avances la ingeniería biomédica han creciendo, a un nivel acelerado, tratando así de buscar nuevas alternativas de alargamiento de viva a pacientes con algunas mal formaciones en el órgano fundamental de la Vida y asi no depender excesivamente de un donante la cual es hasta ahora la mejor manera de un trasplante cardiaco, en la actualidad este avance se ve limitado en estos dispositivos ya que los mecanismos de bombeo de sangre debe ser de una manera más eficiente, su diseño debe ser idéntico a un corazón biológico en tamaño y peso, con el objetivo primordial mejorar la calidad de vida del paciente.

Estos trasplantes muchas de las ocasiones no son efectivos ya que cada organismo de un individuo reacciona de una manera diferente, muchas veces el paciente debe estar sujeto a dispositivos que les proporcionen energía necesaria para poder bombear la sangre. Se busca la generación de un dispositivo capaz de ser trasplantado de una manera eficaz, y de gran compatibilidad, para que aseguren la vida del paciente. Un factor importante a considerar seria la parte económica y cuantos pueden acceder a ello.

Referencias

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Total. 1, 1962.

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[22] Dr. Pedro Becker Rencoret. El Corazón Artificial.

[23] M. S. Slaughter and T. J. Myers. Transcutaneous energy transmission for mechanical circulatory support systems: History, current status, and future prospects. Journal of cardiac surgery, 25(4):484 – 489, 2010.

Autor:

Quizhpe Cárdenas Carlos Eduardo

Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana

Electrónica Analógica II