Resumen
En este documento se hace una
revisión de la situación actual, historia y posible
futuro de los dispositivos conocidos como corazones artificiales,
se muestra su desarrollo a través de los años y al
final se analizan varios factores, tanto económicos como
éticos, que infiuirían en la calidad de vida de un
paciente con un trasplante de este tipo.
Palabras Clave: Corazon Artificial,
Historia, Situación Actual, Futuro, Factores Éticos
y Económicos.
AbstractfiIn this paper we review the
current status, history and possible future of the devices know
as artificial hearts, it is shown its development through the
years and finally discusses several factors, both
economic and ethical, which would infiuence the
quality of life of a patient with this type of
transplantation.
Keywords: Artifical Hearts, History,
Actual Situation, Future, Ethical and Economic
Factors.
1.
Introducción
Este documento pretende ser una
revisión de la situación actual y futuro de un
órgano artificial más específicamente, el
corazón artificial. Un órgano artificial es un
dispositivo hecho de materiales sintéticos el cual
pretende substituir a un órgano biológico en un
paciente, con estas invenciones se pretende disminuir la
dependencia de la donación de un órgano
biológico, lo cual en muchos casos es factor muy limitante
y que reduce la expectativa de vida de las personas con
enfermedades que provocan fallas masivas de
órganos.[2]
A continuación se hará la
revisión de la ciencia conocida como la
bioingeniería, la cual engloba a estos dispositivos, para
posteriormente pasar exclusivamente a la revisión de los
aparatos conocidos como los corazones artificiales.
2.
Bioingeniería
2.1. ¿Qué es la
Bioingeniería?
De una forma muy general se podría
decir que la Bioingeniería es un campo de la
ingeniería que estudia e investiga la aplicación de
principios y métodos, propios de las Ciencias Exactas, a
la solución de problemas de las Ciencias Biológicas
y Médicas.[20]
2.2. División de la
Bioingeniería
La bioingeniería se divide en tres
grandes áreas que cubren la totalidad de las aplicaciones
que esta posee en la actualidad, estas áreas
son:
2.2.1. Ingeniería
Biológica
La ingeniería biológica es
considerada como la más global y general de las divisiones
de la bioingeniería, está en particular trata de
descubrir nuevos fenómenos en los procesos
biológicos y explicar más claramente los ya
existentes.[20, 21]
2.2.2. Ingeniería
Biomédica
Esta es un área más
organizada orientada directamente al hombre, tiene la
intención de realizar un control de las enfermedades lo
que lleva a la investigación de nuevas soluciones a los
problemas médicos actuales.[20]
En este documento se hará referencia
exclusiva a esta área, en específico se
tratará el tema de los corazones artificiales, el cual se
desarrolla en las secciones siguientes.
2.2.3. Ingeniería
Clínica
La ingeniería clínica
está dirigida exclusivamente a los problemas asistenciales
de salud, servicios de emergencia, etc. Esta área
está integrada con la medicina y posee su misma
jerarquía.[20, 21]
3. Corazones
Artificiales
Desde los principios de la cirugía
cardiaca ha surgido la necesidad de desarrollar un aparato que
reemplace las funciones del corazón, el primer avance en
este contexto fue la invención de circulación
extracorpórea en 1953, a partir de ahora en este documento
se hablará exclusivamente sobre el desarrollo y la
situación actual de los corazones artificiales. La rama de
la bioingeniería que engloba a estos dispositivos es la
ingeniería biomédica, se hará un estudio de
la definición, desarrollo actual y de las perspectivas
futuras de estos aparatos.[1]
3.1. ¿Qué es un
corazón artificial?
Un corazón artificial es una
prótesis que se pretende implantar en un paciente humano
con el fin de reemplazar temporal o permanentemente el
corazón biológico.[18, 20]
3.2. Tipos de Corazones
Artificiales
Los corazones artificiales se pueden
clasificar de acuerdo a los siguientes criterios:[1]
3.2.1. Forma de funcionamiento
De acuerdo a su forma de funcionamiento los
corazones artificiales se clasifican en pulsátiles y no
pulsátiles, la principal diferencia radica en que los
pulsátiles utilizan una membrana externa para bombear la
sangre, cada vez que esta se contrae mientras que los no
pulsátiles utilizan una bomba u otro medio que proporciona
un fiujo continuo de sangre.[1, 12]
3.2.2. Duración de su uso
Este criterio se refiere a si el
dispositivo es de mediana, corta o larga duración, esto se
refiere al tiempo en el que el aparato puede permanecer en el
paciente antes de que este muera o que el dispositivo deba que
ser cambiado, ha de recalcarse que hasta ahora el tiempo
máximo que un paciente ha logrado sobrevivir con un
corazón artificial ha sido de aproximadamente un
año.[15, 1]
3.2.3. Magnitud del transplante
Esta categoría se refiere a si el
corazón queda o no dentro del cuerpo del paciente,
según esto pueden ser paracorpóreos, si el
dispositivo queda fuera del cuerpo, o implantables.[1,
6]
3.2.4. Función biológica que
reemplazan
De acuerdo a la función que
reemplazan se pueden clasificar en:
Corazón artificial total, este
último reemplaza todas las funciones del corazón
biológico del paciente además que requiere de la
extracción del mismo para que este pueda ser
implantado.[1,7]
Dispositivo de Asistencia Cardíaca,
se trata de un dispositivo que solamente reemplaza las funciones
de una sección del corazón del paciente, pudiendo
tratarse de un ventrículo u otra área en
particular.[1, 7]
3.3. Historia de los Corazones
Artificiales
En 1953 durante la primera cirugía
de corazón abierto el Dr. John Heysham Gibbon
utilizó el primer dispositivo que podría
considerarse como un corazón artificial, este se trataba
de una máquina de asistencia cardio-pulmonar que el mismo
había desarrollado. Esta invención sustituía
plenamente las funciones del corazón y los pulmones, el
dispositivo extraía la sangre del paciente, luego la
oxigenaba y finalmente era devuelta al cuerpo de este
último.[8, 15]
Para 1957 Tet Akutsu y Willem Kolfi
iniciaron un programa de investigación sobre un
corazón artificial total en la clínica de
Cleveland, en 1958 Domingo Liotta comenzó sus estudios
sobre corazones artificiales totales y presentó su trabajo
en 1961, Liotta describió el implante de tres tipos de
corazón artificial total en perros, cada uno de los cuales
utilizaba un tipo diferente de bomba para hacer circular la
sangre entre estos se podía contar un motor
eléctrico, una bomba rotatoria y una bomba
neumática, cabe destacar que los dos primeros dispositivos
nombrados eran implantables.[16, 11, 10]
En 1962 Liotta desarrollaría un
sistema de asistencia ventricular, este era exclusivo para el
ventrículo derecho, fue creado en la Baylor University
College un instituto de Houston.[17]
En el año de 1963 Paul Winchell
patentó el primer corazón artificial de
invención propia, sin embargo más tarde
cedería esta patente a la Universidad de Utah, años
más tarde Robert Jarvik utilizaría este modelo para
desarrollar uno de los corazones artificiales más
populares hasta el momento el Jarvik-7.[9]
En abril de 1964 Denton A. Cooley y Domingo
Liotta, realizaron el primer trasplante de un corazón
artificial total a un hombre que había sufrido un infarto
cardíaco, sin embargo este trasplante no era más
que un método para ganar tiempo mientras se buscaba un
sustituto biológico para el paciente. A pesar que el
trasplante del corazón artificial fue un éxito, el
paciente falleció cuando se le implantó el
biológico, la causa de la muerte fue una infección
provocada por hongos, el corazón artificial que se
usó en la intervención puede ser observado en la
figura 1.[3]
Michael DeBakey y Domingo Liotta en 1966,
implantaron el primer dispositivo de asistencia ventricular
clínico extracorpóreo, esto se hizo en el hospital
Metodista de Houston, Texas, cabe recalcar que el paciente
desarrolló complicaciones cardio-pulmonares tras la
cirugía y murió a los pocos días de
realizado el trasplante. En octubre del mismo año se
practicó otra cirugía utilizando este mismo
dispositivo, sin embargo esta vez el aparato tuvo éxito ya
que el paciente fue dado de alta los diez días.[3,
15]
Figura 1: Corazón Artificial
desarrollado por Domingo Liotta [9]
En la década de 1970 se
desarrollaron un sinnúmero de dispositivos de asistencia
ventricular, esto inspiraría al Dr. Robert Jarvik que para
el año de 1972 había desarrollado su
primer prototipo de lo que sería un corazón
artificial totalmente implantable, el Jarvik-3. Este dispositivo
estaba construido de aluminio, plástico y
poliéster, pruebas preliminares de este dispositivo hechas
en vacas demostraron que estas podían vivir hasta cuatro
meses con una mínima o ninguna intervención
médica.[9]
En 1976 el Dr. Jarvik había mejorado
su diseño para convertirlo en el Jarvik-7, ver figura 2,
un dispositivo que se asemejaba mucho a un corazón
biológico, este utilizaba dos cámaras que
hacián las veces de ventrículos y permitían
bombear la sangre a través de dos tubos conectados a
dichas cámaras, sin embargo la innovación
más destacable del Jarvik-7 fue el recubrimiento interno
del dispositivo ya que este permitía una mejor
circulación del fiujo sanguíneo además del
crecimiento de tejido alrededor del corazón artificial,
para el año de 1981 este prototipo sería aprobado
para su trasplante en humanos y un año más tarde se
trasplantaría en un paciente de 61 años de edad,
este trasplante fue efectivo durante 112 días antes de la
muerte del paciente.[14, 9, 15]
A pesar de que el Jarvik-7 demostró
ser útil como un corazón artificial fue prohibido
como transplante permanente ya que los pacientes solamente
sobrevivían un periodo inferior a 6 meses con el
dispositivo, sin embargo en 1994 los dispositivos de asistencia
ventricular fueron aprobados por la FDA1, como un medio para
permitir la recuperación de un paciente con falla
cardiaca.[9]
En el año 2001 la empresa AbioMed
desarrolló un nuevo prototipo de corazón artificial
denominado AbioCor, este se implantó en varios pacientes
llegando a mantener uno con vida hasta por un periodo
máximo de 17 meses, posteriores desarrollos llevaron a la
empresa CardioWest, en 2004, a diseñar y trasplantar con
éxito un corazón artificial, el cual ha demostrado
ser el más eficaz hasta el momento ya que la tasa de los
pacientes que sobrevivieron a la intervención
quirúrgica es del 71 %, frente al 31% de otros aparatos,
además la esperanza de vida de un paciente con este
dispositivo a un plazo de 5 años se ha demostrado que es
del 64 %.[4, 9]
Figura 2: Jarvik-7 [9]
Debido al desarrollo del corazón
artificial de AbioMed, en 2006 fue aprobado por la FDA para ser
utilizado como trasplante en pacientes que no
sobrevivirían más de un mes sin una
intervención quirúrgica de este tipo.[9]
3.4. Funcionamiento de un Corazón
Artificial
Debido a la cantidad de dispositivos
existentes en la actualidad, se tratará únicamente
sobre los corazones artificiales de la marca AbioCor ya que estos
son totalmente implantables y no requieren de asistencia externa
para su correcto funcionamiento, una imagen de este dispositivo
puede ser visto en la figura 3.
El AbioCor tiene cavidades que se asemejan
a la aorta y a la vena cava, estas cavidades se encuentran a la
derecha y a la izquierda del dispositivo. La sangre oxigenada por
este dispositivo fiuye hacia la cámara izquierda de donde
sale hacia el cuerpo, mientras que por la cavidad derecha entra
la sangre venosa, que posee un alto contenido de dióxido
de carbono. [7, 9]
Entre las cavidades que conforman el
Abiocor se encuentran los mecanismos que funcionan de manera
análoga a las partes del corazón, haciendo los
movimientos de contracción y dilatación. En el
mecanismo anteriormente descrito existe un motor que gira a una
velocidad de entre 5000 y 9000 revoluciones por minuto, este
motor bombea un fiuido el cual hace que las cámaras se
dilaten alternadamente, mientras que un segundo motor controla la
apertura y cierre de las válvulas, es decir cuando la
cavidad izquierda se dilata el segundo motor abre la cavidad
izquierda y deja fiuir la sangre al cuerpo, adicional a esto la
cavidad derecha se contrae absorbiendo la sangre venosa, para
luego oxigenarla y posteriormente repetir el ciclo anteriormente
descrito.[7, 9]
Este dispositivo pesa alrededor de un
kilogramo y consume 20 vatios de potencia, el sistema obtiene su
energía a partir de dos baterías, que se encuentran
en un cinturón que el paciente carga consigo, los
únicos dispositivos para corpóreos de este
corazón artificial son un set de cables que sirven a modo
de alimentación y como control de datos obtenidos del
aparato, este dispositivo también posee un set de
baterías internas que se implantan en el paciente para ser
utilizadas en caso de emergencia, véase la figura 4. [7,
9]
Figura 3: Corazón Artificial AbioCor
[7]
Figura 4: Corazón AbioCor implantado
en un paciente [7]
3.5. Situación Actual y Perspectivas
Futuras
Como ya se ha mostrado anteriormente los
dos corazones artificiales que destacan de entre el resto son el
CardioWest y el AbioCor, de los cuales solo este último es
totalmente implantable y no requiere de una bomba
neumática externa para bombear la sangre, esto lleva a
varios inconvenientes que afectan especialmente la calidad de
vida del paciente trasplantado, ya que este siempre necesita de
una fuente de alimentación ya sea a través de
baterías o de alguna otra fuente externa.[9, 5,
22]
Es de destacar la participación de
Hiroaki Harasaki de la Cleveland Clinic el cual desarrolló
dos mejoras importantes para estos dispositivos. La primera es el
desarrollo de una película que atenúa la
coagulación alrededor del órgano artificial y
reduce el rechazo del paciente al implante, mientras que la
segunda innovación se trata de una fuente de
energía interna que produce poca cantidad de calor la cual
es insuficiente para dañar a los otros órganos.[9,
5]
El desarrollo futuro de estos dispositivos
apunta a la creación de un dispositivo, que sea totalmente
implantable y que no requiera de fuentes de energía
externa para su funcionamiento, de esta manera se
mejoraría la calidad de vida del paciente con el
trasplante, además se están haciendo grandes
esfuerzos para desarrollar un modelo matemático que
permita modelar los movimientos del corazón de una manera
más efectiva y así diseñar e implementar un
corazón artificial más práctico,
también se está investigando el desarrollo de un
dispositivo que permita realizar el control de las funciones
cardiovasculares de un paciente con un transplante de este
tipo.[19, 22, 13]
4.
Conclusiones
El desarrollo de un corazón
artificial es un gran avance en la medicina y la
ingeniería biomédica, es de destacar el
rápido proceso de desarrollo que estos dispositivos han
tenido a lo largo de los últimos 50 años,
actualmente las limitaciones que tienen estos dispositivos son el
desarrollo de mecanismos que permitan bombear la sangre de una
manera más efectiva, ocupando menos espacio y peso, todo
esto con el fin de hacer el corazón totalmente
trasplantable ya que esto mejoraría en gran cantidad la
calidad de vida del paciente.
Actualmente la calidad de vida de los
pacientes con un trasplante de este tipo es muy pobre ya que
necesitan estar la mayoría del tiempo conectados a
dispositivos que les proporcionen la energía necesaria
para poder bombear la sangre, ya sean estos de tipo
neumático o eléctrico. También se apunta al
desarrollo de nuevos materiales más resistentes los cuales
prolonguen la vida útil de estos dispositivos y al
desarrollo de modelos matemáticos que representen a un
corazón humano y permitan de esta manera construir un
mejor y más efectivo corazón artificial.
Estos dispositivos han probado ser
efectivos para el trasplante temporal mientras se espera la
donación de un nuevo órgano biológico para
trasplantar al paciente, se debe tener precauciones y sobre todo
estar guiado por la ética para decidir cuándo es
necesario realizar un trasplante de corazón artificial a
un paciente ya que esto conlleva un riesgo de muerte para el
paciente, además también entra en juego el factor
económico ya que esto limitaría en gran medida el
número de pacientes que puedan acceder a este tipo de
cirugías.
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NOTAS:
1Food and Drug
Administration: Entidad del gobierno estadounidense encarga de la
regulación de alimentos, suplementos alimenticios,
medicamentos, etc.
Autor:
Juan Diego Orellana
Calle
Actualmente cursando el tercer año
de Ingeniería Electrónica en la
Universidad Politécnica
Salesiana
Cuenca – Ecuador
20 de febrero de 2013