211service.com
Sirds izgudrotājs
Iedvesmojoties no MIT gūtajām mācībām, Ronalds Bergers ‘81 cenšas pilnveidot nesāpīgu metodi sirds apstāšanās novēršanai. 2012. gada 21. februāris
Bostonas Zinātnes muzejā skatītāji pulcējas pie Van de Graaff ģeneratora, lai skatītos, kā divi miljoni voltu sprakšķ starp divām metāla sfērām, kamēr operators, kas atrodas netālu vienkāršā būrī, paliek neskarts. Šajā zibens šovā tiek demonstrēts Faradeja būris — iežogojums, kas neļauj elektriskajiem lādiņiem iekļūt vai ārā. 1999. gadā, kad Ronalds Bergers ‘81, SM ‘83, PhD ‘87, aizveda savus bērnus uz Bostonas izrādi, tas nebija tikai izklaide. Viņš plānoja uzstādīt Faradeja būru ap cilvēka sirdi.
Ja Bergers spēs to panākt, viņa ierīce uzlabos apstākļus pacientiem ar sirds problēmām. Pēkšņa sirds apstāšanās, kas ir galvenais nāves cēlonis, rodas smagas aritmijas rezultātā, ko sauc par kambaru fibrilāciju. Šajā ārkārtas situācijā vienīgais veids, kā atjaunot normālu ritmu, ir ar defibrilatoru, kas nodrošina simtiem vai tūkstošiem voltu krūškurvja sagrābšanu. Vairāk nekā trīs gadu desmitus pacienti, kas tiek uzskatīti par sirdslēkmes risku, ir spējuši iegūt iekšējo sirds defibrilatoru (ICD), kas uzstādīts zem ādas, lai noteiktu neregulāru sirdsdarbību. Vads, kas no ICD caur vēnu nonāk sirdī, pēc vajadzības nodrošina triecienus. Tomēr triecieni ir sāpīgi, un pacienti bieži no tiem baidās vai izvēlas to dēļ atteikties no ārstēšanas. Tā ir svarīga problēma, saka Bergers. Mani ļoti interesēja, lai defibrilācija būtu nesāpīga. Un atbilde varētu būt Faradeja būra veids.
Bergers, kurš ir Džona Hopkinsa sirds elektrofizioloģijas līdzdirektors, ieguvis trīs MIT grādus elektrotehnikā un datorzinātnēs un pēc tam 1987. gadā ieguvis doktora grādu Hārvarda-MIT Veselības zinātņu un tehnoloģiju nodaļā. Atspoguļojot savu izglītību, viņš ir gan inženieris un ārsts. Konkrētāk, viņš ir sirds elektrofiziologs — tas, kurš saprot, ka mēs patiesībā varam apmānīt māti dabu un pārtraukt [elektriskā] impulsa izplatīšanos sirdīs, kā viņš to saka. Bergers pavada 75 procentus sava laika pie Džona Hopkinsa, mācot, strādājot par administratoru un veicot procedūras sirds elektriskās disfunkcijas jeb aritmijas mazināšanai. Pārējā laikā viņš pēta un izdomā.
Bergers vienmēr ir izgudrojis. Savam bakalaura darbam MIT viņš izstrādāja jaunu veidu, kā vadīt un novirzīt lāzera starus caur kristāliem. Rezultāts, atgādina viņa diplomdarba padomnieks, EECS profesors kardināls Vords, bija viens no labākajiem bakalaura darbiem, kāds jebkad ir veikts manā laboratorijā. Drīz pēc tam, kad Bergers 1980. gadā MIT biomedicīnas inženiera Ričarda Koena laboratorijā satika savu labāko draugu Džozefu Smitu, SM '82, PhD '85, viņi pārveidoja melnbaltu rokas televizoru par EKG aparātu, kas spēj nolasīt sirds signālus. elektriskā aktivitāte ķermeņa virsmā. Šodien Bergeram ir izsniegti 25 patenti kardioloģijas metodēm un iekārtām.
Pirms piecpadsmit gadiem Bergers pievērsās sāpēm, ko viņa pacientiem izraisīja ICD satricinājumi. Viņš zināja, ka sāpes nenāk no sirds. Pašam orgānam ir tik maza sāpju sajūtas spēja, ka pacienti var palikt nomodā, jo kardiologi veic ablāciju, sadedzinot hroniski nepareizus sirds audus ar vadu, kas izvilkts cauri asinsvadam. Tātad Bergers secināja, ka elektriskajiem impulsiem no ICD ir jāizplūst, aktivizējoties krūškurvja sienas nerviem un muskuļiem.
Kaut kas noklikšķināja. Es sev teicu: vai nebūtu forši, ja būtu veids, kā elektrisko aktivitāti ierobežot sirdī? saka Bergers. Toreiz viņam atgādināja nodarbību par Faradeja būru no 8.022, Elektrība un magnētisms, kur viņš bija mācījies pie profesora Kloda Kanizaresa 1977. gadā. Bergers domāja, vai Faradeja būrī būtu iespējams apvilkt sirdi, lai tajā būtu šoks, kas apturēja aritmiju.
Tomēr viena problēma ir tā, ka Faradeja būris ap sirdi nenotur elektrību tikai sirdī; tas arī bloķētu elektrības nokļūšanu no cita avota. Tas nozīmēja, ka pacienti nevarētu saņemt ārkārtas ārējo defibrilāciju, ja viņu sirds mazspēja būtu pietiekami ārkārtēja, lai būtu nepieciešams lielāks šoks. Lai to risinātu, Bergers sāka domāt par metāla paneļu konfigurāciju, kas nebūtu pilnībā blakus. Viņi vienkārši būtu pietiekami tuvu, lai darbotos kā Faradeja būris, kad caur tiem iet elektrība. Viņš atceras, ka kāds pētnieks šo ideju pieminējis viņa sievai, kura ieteica iešūt metāla sietu neilona zeķē. Viņa pat izveidoja prototipu. Tas bija Faradeja būris vai, precīzāk, Faradeja zeķe.
Elektrošoks: Ronalda Bergera sirds zeķu prototips ir izgatavots no vairākiem elastīgiem elektrodiem, kas ir elektriski savienoti kopā, lai darbotos kā Faradeja būris. Faradeja būris novērš elektriskā lauka noplūdi apkārtējos audos, samazinot sāpes, ko izraisa implantēta defibrilatora trieciens.
Praksē zeķe derētu ap sirdi un kalpotu kā viens trieciena piegādes ķēdes elektrods; kad pievienotais sensors atklāja patoloģisku sirdsdarbību, sirds iekšpusē implantēta elektriskā spole radīs grūdienu. 2005. gadā, kad Bergers un viņa pētnieku komanda testēja prototipu suņiem, ierīce atiestatīja sirdsdarbību, izmantojot mazāk enerģijas nekā standarta ICD. Vissvarīgākais ir tas, ka suņu krūšu muskuļi saraujās daudz mazāk, kas nozīmē, ka ārā izplūst mazāk elektrības un radīja sāpes.
Bergera un Džona Hopkinsa kolēģi pagājušajā gadā ir uzlabojuši dizainu, izmantojot matemātisko modelēšanu, lai atrastu optimālo atstarpi paneļiem. Jaunākajā versijā paneļi elektriski apvienojas blakus esošā vairogā un darbojas kā Faradeja būris tikai 10 milisekundēs tieši pirms trieciena un tā laikā.
Neskatoties uz progresu, daži sirds eksperti apšauba zeķu potenciālu. Bioinženieris Igors Efimovs Vašingtonas Universitātē Sentluisā norāda, ka sirds aizklāšanai ar sietu būtu nepieciešama liela vaļēja krūškurvja operācija. Kurš piekristu tik dramatiskai operācijai ar neskaidriem klīniskiem ieguvumiem? viņš saka. Viņš arī prognozē, ka rētaudi apņems ierīces stiepļu līstes un neļaus tām atvērties. Ja vien biomateriālos nenotiek izrāviens, es nedomāju, ka to varētu izmantot, viņš saka. Bergers piekrīt, ka rētaudi varētu būt problēma, taču viņš cer, ka viņa izgudrojums var darboties. Viņš atzīmē, ka privātie uzņēmumi jau ir izgudrojuši zeķes no elastīga sieta, lai mazinātu sirds muskuļa spriedzi pacientiem ar sirds mazspēju. Bergers ierosina, ka viņa Faradeja būris varētu būt iebūvēts vienā no šīm zeķēm. Sirds slimnieki, kuriem jau nepieciešama invazīva operācija, lai implantētu zeķes, varētu saņemt risinājumu divi pret vienu.
Bergers un viņa draugs Smits, kurš tagad ir West Wireless veselības institūta galvenais medicīnas darbinieks, ir pavadījuši daudzas Baltimoras naktis, pārrunājot Faradeja zeķes un to, kā Bergers varētu to īstenot. Smits saka, ka tā ir viena no tām lietām, kas rodas tikai tad, ja spilgts inženieris spēj izprast problēmu no fizikas viedokļa, kā arī redzēt klīnisko pielietojumu.
Šie divi viens otru papildinošie talanti sāka saplūst neilgi pēc tam, kad Bergers sāka strādāt MIT 1976. gadā. Kādu dienu viņš iegāja sava padomnieka Džordža V. Prata birojā un pamanīja lielu zirga gleznu. Viņš bija neizpratnē, līdz Prats, zirgu skriešanās sacensību entuziasts, sāka zīmēt elektrisko rezistoru un kondensatoru diagrammas ar krītu, lai modelētu zirgu asinsrites sistēmu; sirds darbojās kā akumulators un asinsvadi kā uzlādēts kondensators. Bergeram šīs mācības joprojām ir atklāsme 35 gadus vēlāk. Viņš saka: “Tā ir pārsteidzoša lieta — elektrotehnikas principi ir pamatā tam, kā viens sirds impulss nokļūst no vienas šūnas uz otru.
Šodien Bergers cenšas uzlabot defibrilāciju tieši vietā, kur šī tehnika radās. 1933. gadā Ņujorkas elektriskais uzņēmums finansēja Džona Hopkinsa pētnieku centienus rast risinājumus biežajām elektrotraumu avārijām šajā laikmetā; pēc izpētes, kas notiek, ja sirds ritms ir novirzīts no kursa, šie vīrieši bija pirmie, kas panāca, ka suņa sirds pārtrauc fibrilāciju. Hopkinsa ārsti pirmo ICD pacientam implantēja 1980. gadā.
Bet, lai gan šīs tehnoloģijas saknes meklējamas Džona Hopkinsa klīnikā, Bergers saka, ka viņa prāts katru dienu atgriežas pie MIT. Es vienmēr saku, ka ablācijas veikšana man ļoti atgādina manu bakalaura kursu 6.082, kur mēs ķēdē pārvietojam zondi no punkta uz punktu, lai to atkļūdotu, viņš saka. Viņš domā par šiem laboratorijas projektiem katru reizi, kad viņš ievieto katetra galu pareizajā vietā pacienta sirdī un vēro, kā aritmija pazūd, kad viņš piegādā apdegumu.