Hvordan har udviklingen af kontinuerlige blodpumpeteknologier ændret behandling af hjertesvigt?

Kontinuerlige blodpumper, især axial-flow designs, har revolutioneret behandlingen af hjertesvigt ved at tilbyde langvarig mekanisk støtte, som tidligere pulsatile pumper ikke kunne opnå på samme måde. Det blev i starten betragtet som en umulighed at gøre sådanne pumper implanterbare på grund af behovet for lagre, der skulle kunne smøres i blodet uden at forårsage skade eller slid. Jarvik var en af pionererne, som trods skepsis udviklede axial-flow pumper med ikke-smurte, blodvaskede lejer, hvilket gjorde langtidssupport muligt.

Hemopumpen, som blev den første kontinuerlige flow-pumpe, der gennemgik kliniske forsøg, demonstrerede potentialet for denne teknologi. FDA anerkendte de positive resultater, men ønskede mere specifikke kriterier for patientudvælgelse for at målrette behandlingen bedre. Venturekapitalinteresser afviste imidlertid yderligere finansiering til at opfylde disse krav, hvilket bremsede Hemopumpens videreudvikling, selvom teknologien var et gennembrud.

En vigtig udvikling var samarbejdet med Dr. Helmut Reul, der videreudviklede Hemopumpen til en model kaldet Impella, som fandt særlig anvendelse i Europa og blev godkendt af FDA baseret på forskning herfra, uden at skulle gennemgå en fuld amerikansk godkendelsesproces. Samtidig banede Jarvik vejen for HeartMate II, som blev implanteret klinisk i 2003 og benyttede en lignende blodvasket lejeteknologi, dog med en indløbskanyle placeret i ventriklen, hvilket gjorde det muligt at placere pumpen uden for hjertet.

Forskning viste imidlertid også udfordringer, især med lagre, som i nogle tilfælde kunne blive fejlagtigt justeret og skabe friktion, der i ekstreme tilfælde kunne føre til overophedning eller brand. Dette understregede vigtigheden af grundig in vivo-testning og langsigtet finansiel støtte til udviklingen af medicinsk udstyr. Hjerteteamet ved Texas Heart Institute foretog meget af den finansielle og forskningsmæssige indsats for kontinuerlige flow-pumper.

HeartWare LVAD var en vigtig milepæl, da den kombinerede kompakt design med evnen til at understøtte både højre og venstre side af hjertet, hvilket gjorde det muligt at bruge pumpen også til børn og mindre voksne. Den unikke placering på diafragmas overflade og den flade form gjorde den mere anatomisk kompatibel og forbedrede kliniske resultater betydeligt. En fireårig patient kunne fx understøttes i otte år med normal vækst og udvikling.

Et centralt fysiologisk aspekt ved kontinuerlige flow-pumper er, at de ikke replikerer den naturlige pulsation i blodcirkulationen, hvilket har medført komplikationer såsom øget risiko for isæmiske og hæmoragiske slagtilfælde. Derudover er det observeret, at pulsationsfravær kan være forbundet med gastrointestinal blødning, især hos patienter med tidligere rheumatisk aortastenose. Alligevel viser nyere pumpe-modeller med aktiv blodtryksstyring en markant reduktion af disse komplikationer, hvilket understreger nødvendigheden af en finjusteret balance mellem flow og fysiologi.

Det er afgørende at forstå, at selvom teknologien har gjort store fremskridt, er der stadig et klinisk behov for videreudvikling, særligt tilpasset mindre patienter og dem med behov for højresidig støtte. Kommercielle interesser har til tider sat bremsen på udviklingen ved at stoppe produktion af visse livsvigtige enheder, hvilket fremhæver vigtigheden af vedvarende forskning og finansiering.

Den historie, som kontinuerlige flow-pumper fortæller, illustrerer, hvordan teknisk snilde, klinisk indsigt og finansiel støtte må gå hånd i hånd for at skabe reelle gennembrud i behandling af hjertesvigt. Deres succes afhænger ikke alene af den umiddelbare funktion, men af langsigtet biokompatibilitet, patientselektionskriterier og en løbende evaluering af bivirkninger forbundet med ændret blodcirkulation.

Hvordan MCS-enheder Støtter Hjertepatienter: En Guide til Bedøvelse og Perioperativ Håndtering

I dagens medicinske landskab, hvor hjertefejl er blevet en mere udbredt lidelse, ser vi en stadigt voksende brug af mekaniske cirkulatoriske støtteenheder (MCS) til at hjælpe patienter med at overleve længe nok til at få foretaget nødvendige procedurer såsom hjerteoperationer, ventrikulære hjælpemidler, eller som en del af en langsigtet behandlingsplan. De tre mest anvendte MCS-enheder i behandlingen af hjertesvigt er ventrikulære hjælpemidler (VAD), intra-aortiske ballondrevet pumpe (IABP), og veno-arteriel ekstrakorporal membranoxygenering (VA-ECMO).

Mange patienter med avanceret hjertesvigt er afhængige af MCS for at kunne modtage livsreddende behandling, og derfor er det nødvendigt at forstå hvordan disse enheder fungerer, og hvordan de skal håndteres under kirurgiske indgreb. En tværfaglig tilgang er grundlæggende for at sikre, at risikovurdering og behandlingsstrategier er passende for den enkelte patient. Dette kræver samarbejde mellem kardiologer, hjertkirurger, anæstesiologer, ingeniører og perfusionister.

En central del af den perioperative håndtering af patienter på MCS er præoperativ vurdering. Det er afgørende at vurdere patientens generelle helbredstilstand, især vedrørende de end-organ funktioner som nyrer, lunger og lever. Hjertefejl defineres som et avanceret stadium (NYHA klasse IV), hvor patienter oplever alvorlige og vedvarende symptomer, som kræver medicinsk intervention, såsom inotrop terapi, diuretika eller behandling af arytmier. Disse patienter har ofte en venstre ventrikulær ejektionsfraktion (LVEF) på ≤30%, hvilket gør dem til kandidater for MCS-enheder.

Ventrikulære hjælpemidler (VAD) er en vigtig del af denne behandling. Et VAD er en enhed, der kontinuerligt eller pulserende pumper blod fra et indløb til et udløb via en spinning impeller, og dermed aflaster den svækkede ventrikel og understøtter hjertets udløbsfunktion. Et venstre ventrikulært hjælpemiddel (LVAD) hjælper med at understøtte venstre ventrikel, mens et højre ventrikulært hjælpemiddel (RVAD) støtter højre ventrikel. BiVAD er en kombination af begge enheder, som arbejder i serie.

I de tilfælde, hvor LVAD ikke er tilstrækkeligt, kan total kunstigt hjerte (TAH) anvendes. Dette er et pulserende system, der understøtter både hjertets output og de kunstige ventrikler. Indikationer for implantation af et LVAD inkluderer blandt andet patienter med NYHA klasse IIIb og IV med LVEF ≤25%, som ikke har haft nogen gavn af maksimal medicinsk behandling, og som lider af alvorlig organsvigt, som f.eks. nedsat nyrefunktion, leverdysfunktion eller progressiv hjertesvigt.

MCS-enheder er ikke uden deres risici. Det er afgørende at sikre, at der ikke er kontraindikationer for implantation af LVAD. Disse omfatter irreversible sygdomme som leversvigt, nyresvigt eller neurodegenerative lidelser, metastatisk cancer, samt vedvarende medicinsk non-adfærd. For patienter, der vurderes som egnede til MCS, kan behandlingsindikationerne være enten som en bro til bedring (bridge to recovery), en bro til beslutning (bridge to decision), en bro til transplantation (bridge to transplant), eller som destinationsterapi (destination therapy) for patienter, der ikke er kandidater til transplantation.

En vigtig del af den perioperative planlægning er den forståelse af fysiologien hos patienter, der har mekanisk støtte. Der skal tages højde for eventuelle risici ved anestesi, herunder hvordan MCS-enheder påvirker kredsløbet og hvordan væske- og elektrolytbalance skal styres under operationen. Der skal også tages hensyn til mulige komplikationer såsom infektioner, trombose og dysfunktion i organer, der kan opstå i kølvandet på MCS-behandlingen.

Det er også vigtigt at være opmærksom på, hvordan disse enheder kan påvirke den postoperative restitution. Patienter på MCS kan have en længere opsvingstid, og det kan være nødvendigt at justere smertelindring, væskebehandling og respiratorisk støtte afhængig af enhedens indvirkning på kredsløbet. Desuden skal man være opmærksom på potentielle komplikationer, som kan opstå som følge af den mekaniske støtte, såsom infektioner relateret til kanuleringen eller emboli.

For bedøvende læger og kirurger er en nøje opfølgning af patientens status under hele det perioperative forløb essentiel. Det kræver tæt overvågning af vitale funktioner, kontinuerlig vurdering af hjertefunktionen og nøje justering af den medicinske behandling.

Endelig skal man være opmærksom på, at disse behandlingsstrategier ikke kun drejer sig om den fysiske behandling, men også kræver en psykososial opbakning til patienterne og deres familier. Mange patienter kan opleve psykiske udfordringer som følge af deres sygdom og den potentielle risiko ved transplantation eller permanent MCS. Det er nødvendigt at inkludere psykoterapeutisk støtte i behandlingsplanen for at optimere resultatet af både den fysiske og mentale behandling.

Hvordan valvulær kirurgi påvirker LVAD implantation

Når et LVAD implanteres, er det nødvendigt at overvåge den samlede perfusion nøje under hele indgrebet, da utilstrækkelig perfusion kan føre til alvorlige komplikationer, herunder nyresvigt eller alvorlige kardiovaskulære problemer. Der er generelt en anbefaling om, at patienten skal være i Trendelenburg-stilling under operationen for at fremme perfusionen, og ventilation bør fortsætte med små tidalvolumener gennem hele proceduren. Brug af indåndede pulmonale vasodilatorer kan også være gavnligt for at mindske risikoen for postoperativ højresvigt.

Når det gælder mitralventilens funktion, er beslutningen om at reparere eller erstatte en mitralventil, som er alvorligt lækagerende, et kontroversielt emne. Studier viser, at den mitrale regurgitation (MR) kan forbedres betydeligt, når venstre ventrikel (LV) dekomprimeres ved hjælp af LVAD, og at mitralventilens tilstand før operationen ikke nødvendigvis påvirker de langsigtede resultater. I de fleste tilfælde kan mitralregurgitationen forbedres af sig selv, når LVAD'et fungerer, uden at der er behov for kirurgisk intervention på ventilen.

Aortaventilens tilstand, særligt ved moderat til svær aortainsufficiens (AI), har tidligere været betragtet som en kontraindikation for LVAD implantation, især når det ikke er muligt at rette fejlen samtidig med LVAD'et. Dog viser nyere data, at AI, hvis det ikke behandles på forhånd, kan føre til højre ventrikelsvigt og forlænget indlæggelsestid, selvom det ikke nødvendigvis påvirker den samlede mortalitet. Der er dog ikke identificeret nogen mortalitetsfordel ved at korrigere AI under LVAD implantation, og i mange tilfælde kan AI forbedres efter dekompressionen af venstre ventrikel uden behov for kirurgisk indgreb.

Når det gælder trikuspidalklappen, er det blevet dokumenteret, at samtidig trikuspidal kirurgi under LVAD implantation kan resultere i reducerede forekomster af højresvigt og kortere hospitalsophold. Dog er der ingen målbar fordel i form af nedsat dødelighed, og trikuspidalklappeoperationer er forbundet med øget risiko for nyresvigt og længerevarende respiratorbehandling. Generelt anbefales det derfor at udskyde eventuelle samtidige ventilkorrigeringer, medmindre de er absolut nødvendige.

En særlig teknisk udfordring under LVAD implantation er apikal kanulering. Her anbefales det at fjerne den apikale kerne, enten før eller efter at apikal cuffen er sat på, for at sikre korrekt placering af pumpen. Der er to hovedteknikker, "Cut then Sew" og "Sew then Cut", som begge har vist sig effektive, men den sidstnævnte metode er ofte forbundet med kortere operations- og bypass-tid. Når pumpen er sat korrekt, er det vigtigt at sikre den med titanium fastgøringsmekanismer, og udløbsgrafen skal tilsluttes omhyggeligt uden at klemme på vigtige strukturer som højre atrium, højre ventrikel eller inferior vena cava.

Endelig, når udløbsgrafen er tilsluttet, skal man være opmærksom på at justere dens længde korrekt for at undgå potentiel skade på hjertet. Det anbefales at grafen føres parallelt med diaphragmaet, og at orienteringen af de sorte markeringer på grafen bevares for at forhindre vridning. Hvis pumpen er korrekt tilsluttet og udløbsgrafen er justeret, kan man begynde at udføre de nødvendige procedurer for at afslutte implantationen.

Der er ingen tvivl om, at LVAD implantation er en kompleks procedure, der kræver præcision og en grundig forståelse af de samtidige hjerteproblemer, som patienten måtte have. Den fremtidige forskning og erfaring med LVAD vil sandsynligvis føre til mere detaljerede anbefalinger om, hvordan samtidige ventilsygdomme bør håndteres under operationen, men for nuværende er det klart, at en individualiseret tilgang er nødvendig for at optimere patienternes resultater.

Hvad er de vigtigste tekniske udfordringer og fremskridt i udviklingen af totale kunstige hjerter?

Udviklingen af totale kunstige hjerter (TAH) har gennemgået betydelige fremskridt, men den kliniske anvendelse af disse enheder for langvarigt hjerte-støtte er stadig begrænset på grund af tekniske udfordringer. Traditionelt har de fleste VDP-enheder (volumen-displacement-pumper), som er blevet brugt til at efterligne hjertets pumpning, haft begrænset evne til at tilpasse sig ændringer i blodgennemstrømning som følge af fysiske aktiviteter eller ændringer i kropsposition. Dette kan føre til, at patienternes mobilitet er begrænset, og at de ofte har brug for hyppig vedligeholdelse af enheden, som for eksempel udskiftning af pumper under aktiviteter som søvn, motion eller stillingsændringer (Torregrossa et al. 2014).

En af de mest markante udfordringer ved eksisterende TAH-teknologi er det manglende flowadgang ved ændringer i venøs ind- og udstrømning, som kan påvirke patientens generelle livskvalitet og motionsevne. For eksempel viser eksisterende rotary blood pumps, der anvendes i TAH, kun en lav stigning i blodgennemstrømningen ved motion, hvilket kan reducere træningsevnen (Lai et al. 2020). Dette er et væsentligt problem, især i tilfælde, hvor pumpens evne til at regulere blodgennemstrømningen under fysisk aktivitet er kritisk for at opretholde en tilstrækkelig hjertekapacitet.

En af de nyere udviklinger er Carmat’s Total Artificial Heart, som anvender en elektrohydraulisk drevne rotorblodpumper. Denne teknologi har vist sig at være mere pålidelig, når det kommer til tilpasning af blodgennemstrømningen under fysiske belastninger, da den er i stand til at reagere hurtigt på ændringer i tryk og volumen i blodcirkulationen (Mohacsi og Leprince 2014). En af fordelene ved dette system er, at det kræver en mindre drivlinje og har derfor en lavere risiko for infektioner sammenlignet med tidligere modeller, der anvendte mere komplekse systemer.

En vigtig udfordring ved disse systemer er behovet for at finde en balance mellem systemets størrelse og effektiviteten af blodpumpningen. Tidligere enheder har ofte været for store til at blive implanteret i mindre patienter, hvilket kan føre til problemer som kompression af store blodkar og manglende evne til at lukke brystkassen ordentligt (Leprince et al. 2005). BiVACOR TAH-systemet har formået at udvikle en løsning, der gør det muligt at opnå tilstrækkelige blodstrømsvolumener, samtidig med at størrelsen på enheden holdes betydeligt lavere end tidligere systemer (Frazier og Cohn 2012).

Det er dog stadig nødvendigt at tage højde for det øgede energiforbrug, der er forbundet med disse nye teknologier. BiVACOR TAH-systemet er designet med et mål om at reducere strømforbruget, så det er muligt at integrere et trådløst energioverførselssystem (TET), hvilket eliminerer behovet for en drivlinje, der normalt kan føre til infektioner og andre komplikationer (Abe et al. 2015).

Trods de mange fremskridt er brugen af rotary blood pumps i TAH-systemer stadig ikke så udbredt til langvarig biventriculær støtte som ønsket. De fleste kliniske anvendelser involverer nu VDP-systemer, der er forbundet med LVADs (left ventricular assist devices), som bruges i forbindelse med TAH. Det har dog vist sig, at rotary blood pumps tilbyder en mere robust og holdbar løsning, som kan minimere mekanisk slid og forbedre pålideligheden på lang sigt (Mohacsi og Leprince 2014).

Der er desuden et væsentligt fokus på de tekniske løsninger, der er nødvendige for at sikre, at blodgennemstrømningen ikke kun er tilstrækkelig, men også fysiologisk korrekt. For eksempel anvender BiVACOR-systemet et trykfølsomt pumpekurvedesign, hvor venstre og højre pumper reagerer forskelligt på ændringer i blodtryk og blodgennemstrømning. Dette muliggør en justering af udstrømningen, der efterligner den naturlige hjertefunktion, hvilket kan øge effektiviteten af blodgennemstrømningen under både hvile og fysisk aktivitet (Salamonsen et al. 2011).

Yderligere er et af de vigtigste designmål for BiVACOR TAH-systemet at sikre, at patienterne får et system, der er let at bruge og vedligeholde, samtidig med at risikoen for alvorlige bivirkninger som blodpropper, infektioner og slagtilfælde reduceres. Dette opnås gennem den brug af biokompatible materialer og den pulsative udstrømningsteknologi, der forbedrer blodgennemstrømningen og reducerer risikoen for thrombose (Mohacsi og Leprince 2014).

Således er den fremtidige udvikling af TAH-systemer afhængig af at løse flere tekniske udfordringer, herunder effektiv energiforvaltning, størrelsesoptimering og forbedring af systemets evne til at tilpasse sig fysiologiske behov. Forbedringer i designet af pumper og tilbehør samt integrationen af avancerede teknologier som magnetisk leje og trådløs energioverførsel kan være med til at bane vejen for mere effektive, langvarige og patientvenlige løsninger.