Corazón Artificial

Descripción de los dispositivos diseñados hasta la actualidad. A su vez una breve reseña de su historia, de su funcionamiento y resultados obtenidos en los pacientes.

El anhelo de desarrollar un modelo confiable, efectivo y de amplio uso para poder reemplazar la función del corazón, ha estado presente en la cirugía cardiaca desde sus inicios presentándonos lo que hoy en día son los corazones artificiales. La circulación extracorpórea en 1953, que fue una piedra angular para el desarrollo de la especialidad, constituyó la primera forma de reemplazar temporalmente la función del corazón para realizar todo tipo de intervenciones sobre este órgano, hasta el día de hoy. Sin duda que uno de los hitos más trascendentes en el campo del tratamiento de la falla cardíaca terminal ha sido el alotransplante, utilizando donantes cadáver. El primero lo realizó el Dr. Christian Barnard en 1967 y constituye hasta hoy la mejor modalidad de tratamiento de la insuficiencia cardíaca congestiva.

Origenes

Un reemplazo sintético del corazón es una de las aspiraciones más anheladas de la medicina moderna. El beneficio obvio de un corazón artificial funcional sería reducir la necesidad de trasplantes de corazón, ya que la demanda para donantes de corazones siempre es mayor que la oferta (situación que sucede con todos los órganos).

Si bien el corazón es conceptualmente simple (en su esquema más básico es un músculo que funciona como una bomba), posee una serie de características intrínsecas que hacen muy complejo su emulación mediante materiales sintéticos y fuentes de suministro de energía. Estas dificultades dan lugar a una serie de consecuencias que pueden complicar la implantación de un corazón artificial. Algunas complicaciones incluyen el rechazo del trasplante (debido a que el organismo detecta la presencia de un cuerpo extraño), la necesidad de tomar anticoagulantes deforma permanente, y la necesidad de utilizar baterías externas que limitan la movilidad del paciente a horas.

Tipos

A. Corazón artificial parcial

Se aplica "en serie" en relación a la acción del ventrículo izquierdo, con objeto de derivar sangre desde la aurícula izquierda, y de conducirla a la aorta descendente. El modelo se aplica "en paralelo"a la acción del ventrículo izquierdo, derivando la sangre de la aorta ascendente y conduciéndola hasta la descendente. En el siguiente modelo, la bomba está constituida no por un tubo, sino por una esfera dividida en dos secciones por una membrana elástica que, movida por la presión de un fluido externo, determina el movimiento de progresión pulsatoria de la sangre.En todos los casos se sincroniza la acción del corazón artificial parcial con la del corazón del paciente mediante un mecanismo electrónico que utiliza una onda especial del electrocardiograma para regir la bomba de presión externa.

B. Corazón artificial permanente

El primer corazón artificial permanente fue implantado el 1 de diciembre de 1982. El paciente padecía una miocardiopatía dilatativa y una neumopatía obstructiva. Posteriormente se realizarían otros tres trasplantes. Gracias a estos estudios,en los que el corazón artificial permanente permitió mantener con vida a los pacientes durante un total de 1,557 días (duración máxima: 620 días), se ha podido aprender mucho en torno al funcionamiento y a la resistencia del corazón artificial: errores que favorecían la aparición de episodios tromboembólicos, infecciones provocadas por el aparato y posibilidad de garantizar una calidad de vida aceptable durante periodos prolongados. En todos los pacientes el corazón artificial ha permitido la estabilización del cuadro hemodinámico mediante autorregulación. En dos sujetos se ha podido detectar un aumento espontáneo del volumen cardíaco (hasta un máximo del 30 %) durante el esfuerzo en el cicloergómetr

El Corazón artificial

Es una prótesis que, implantada en el cuerpo, cumple las mismas funciones que un corazón biológico. Este tipo de prótesis pueden ser utilizadas para reemplazos temporarios, en los casos de pacientes en lista de espera de donante, o en situaciones en las que se debe detener el corazón biológico para realizar algún tipo de cirugía. Existen dos tipos de corazones artificiales, los TAH (Corazón Artificial Total) y los VAD (Dispositivo de Asistencia Cardíaca), que se dividen en LVAD (asistencia ventricular izquierda) y RVAD (asistencia ventricular derecha).

Un TAH es un reemplazo completo del corazón biológico y requiere de la misma intervención que se realiza para un trasplante de corazón por el de un donante.

El VAD es un dispositivo que se coloca junto al corazón para dar soporte y asistencia al órgano que por algún motivo, necesita de este tipo de complemento para funcionar o recuperarse de alguna situación.

Dicho esto, procedemos a viajar un poco a través de la historia de los médicos y científicos que, en gran parte rechazados por las sociedades de sus tiempos, avanzaron en el desarrollo de un corazón artificial que pudiera finalmente cumplir con el anhelado objetivo de prolongar la vida de las personas.

Tipos de dispositivos

A) Liotta

El corazón artificial (en realidad se llama aparato de asistencia circulatoria) fue desarrollado por el Dr. Domingo Liotta, el investigador argentino que el 21 de abril de 1966 realizó en los Estados Unidos el primer implante de prótesis de corazón humano. El dispositivo implantado apoyo a un paciente durante 3 días.

El nuevo modelo de corazón artificial, ideado y fabricado en Argentina, fue implantado en una ternera (Laurita), del Centro de Ciencias Veterinarias del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), en Castelar. El sistema creado por Liotta consta de dos partes. Una parte es el ventrículo izquierdo artificial que fue conectado al corazón del ternero. Este ventrículo mide 6 centímetros de diámetro. Y está hecho con polímeros importados, unos materiales biocompatibles que pueden tomar contacto con la sangre sin generar problemas de coagulación o daño sanguíneo(los compartimientos de la bomba fueron hechos de tela Dacron y de plástico Silastic).

Además existen dos unidades de energía neumáticas que generan las acciones del bombeo y del vacío necesarias para mover sangre a través del corazón artificial. El ventrículo artificial puede bombear un volumen promedio de 3,5 litros de sangre por minuto y así compensarlas deficiencias del ventrículo izquierdo del corazón de los pacientes.

B) Akutsu III

En julio de 1981, el corazón artificial Akutsu III fue implantado en un hombre de 36 años, el cual lo mantuvo vivo por 55 horas. Este dispositivo contiene dos bombas dobles, las que se conectan a una consola externa. Los compartimientos de bombeo fueron hechos de un material liso llamado Avcothane, que puede ser moldeado en una sola pieza. La consola de control está compuesta de tres sistemas básicos: un sistema neumático de impulsión (de aire comprimido), un sistema eléctrico de monitoreo/control, y un sistema de corriente eléctrica.

C) Jarvik-7

El corazón artificial Jarvik-7 diseñado por el Dr. Roberto Jarvik, tiene una base de aluminio, con cuatro válvulas mecánicas, dos ventrículos flexibles de poliuretano y dos pequeños tubos desde el fondo del ventrículo hasta la pared del pecho del paciente. Se trata de dispositivos ventriculares, con diafragma flexible, superficie lisa de poliuretano. Presentan una capacidad de 70 o 100 mL. Se conectan a las aurículas. Implantados en el cuadrante superior izquierdo abdominal y conectados a la consola mediante tubos percutáneos, por medio de los cuales cada ventrículo es regulado independientemente. Los conductos salen por vía percutánea debajo del arco costal lateral izquierdo,cerca de la línea axilar. Ambos ventrículos se colocan de manera que el derecho se encuentra a la izquierda del esternón y el izquierdo se ubica inferior y lateralmente al primero. En pacientes cuya caja torácica es pequeña, el ventrículo izquierdo debe colocarse en el espacio pleural para prevenir obstrucción del retorno venoso y permitir el cierre del esternón. El funcionamiento de los ventrículos es permanentemente monitoreado.

La actividad de este dispositivo se realizaba mediante un compresor de aire, fuera del cuerpo del enfermo, de un tamaño grande, y con una fuente de energía, pero la vida del corazón artificial se veía limitada por las conexiones a dicha fuente, las cuales al parecer eran poco fiables y difíciles de desplazar. De los dos modelos existentes, el Jarvik-7-100 mL y el Jarvik-7-70 mL, el segundo es más utilizado por su fácil implantación en pacientes con una caja torácica grande o pequeña.

D) Jarvik 2000

Como parte de un experimento clínico prospectivo, el primer corazón permanente Jarvik 2000 fue implantado en el mencionado paciente, que sufría miocardiopatía. El Jarvik 2000 posee el tamaño de un dedo pulgar, pesa 90 g y tiene 25 cm 3 de volumen.También se encuentra en etapa de diseño un modelo pediátrico que es un quinto del tamaño del modelo grande y pesa 18 g, con un volumen de desplazamiento de 5 ml.

El sistema de funcionamiento consiste en una turbina implantada en el ventrículo izquierdo que cuenta con una sonda que gira a toda velocidad y sale por la yugular. Este dispositivo puede ser considerado como ventricular ya que, si bien su lugar es el ápex ventricular izquierdo, no se encontraría propiamente en el interior de la cavidad ventricular izquierda y de ninguna manera es extracardíaco. Es una bomba silenciosa que se implanta en la pared del ventrículo izquierdo. La salida desangre fuera del circuito anatómico se hace desde la punta del ventrículo izquierdo y es reintroducida en la aorta descendente. La hemólisis producida por el sistema no es significativa.

La única parte móvil de la bomba es el rotor, encapsulado en una carcasa de titanio y suspendido por cojinetes cerámicos que se encuentran inmersos en la trayectoria del flujo de sangre.

E) Abiocor

El corazón mecánico cuya denominación es Abiocor, es fabricado por la firma Abiomed Incorporated, de Massachussets y recibió autorización de la FDA (Food and Drug Administration) de Estados Unidos. El Abiocor consiste básicamente en una doble bomba de plástico y titanio. La bomba derecha provee sangre a los pulmones, mientras que la bomba izquierda proporciona sangre a otros órganos vitales y el resto del cuerpo. Cada uno de las dos bombas es capaz de entregar más ocho litros desangre cada minuto. El dispositivo se alimenta internamente de una batería con una autonomía de sólo 30 minutos , pero que a la vez está soportada por una pila externa que aporta energía durante varias horas. El consumo eléctrico estará condicionado a la actividad del enfermo, pudiendo éste realizar ejercicio físico moderado. Ambas unidades constituyen la base del corazón artificial, las cuales en conjunto bombean ocho litros de sangre por minuto y todo ello sin necesidad de cableado en el tórax.

La conducción se hace a través de electrodos que son aplicados a la piel (similares a los empleados para la toma de electrocardiogramas), eliminando el riesgo al enfermo de contraer infecciones dermatológicas. La batería externa va provista de un mecanismo de control que le permite regular la potencia del corazón mecánico y que varía automáticamente la marcha de las bombas según sea la intensidad del esfuerzo desarrollado por el portador.

El artefacto, cuyo tamaño ha sido comparado con el de un pomelo a fin de dar una idea al público, tiene un peso de aproximadamente un kilogramo. Posee un motor interno para mover una bomba hidráulica. La cual hace circular la sangre a un ritmo regular. Las válvulas están especialmente diseñadas para evitar posibles ataques y problemas de coagulación.

PRIMER IMPLANTE CLÍNICO DE UN CORAZÓN ARTIFICIAL

En la tarde del 4 de abril de 1969, El Dr. Denton A. Cooley y el Dr. Domingo Liotta reemplazaron el corazón de un hombre moribundo por un corazón mecánico ortotópico, en el Texas Heart Institute de Houston. Luego de 64 horas, el corazón artificial neumático fue retirado y reemplazado por el corazón de un donante. Transcurridas las treinta y dos horas de realizado el trasplante, el paciente murió debido a lo que luego se comprobó fue una infección pulmonar aguda, comprometiendo ambos pulmones, causada por hongos.

Domingo Liotta reanudó su trabajo sobre el Corazón Artificial Total en la Baylor University College of Medicine en julio de 1968. El primer objetivo era utilizarlo en un paciente que estuviera en shock cardiogénico irreversible postcardiotomía o con insuficiencia cardíaca irreversible (stone heart).

Selección de pacientes

Los pacientes candidatos al corazón artificial son los que están en lista de espera para un trasplante cardíaco y sufren una descompensación cardíaca refractaria a la terapia. Se trata de sujetos en graves condiciones clínicas y en lista de espera para un trasplante, aunque en algunos casos se convierten en candidatos de forma aguda,tras el fracaso del trasplante cardíaco o por la imposibilidad de dejar el bypass cardiopulmonar tras intervenciones quirúrgicas por otras cardiopatías. Los mejores resultados se han obtenido en pacientes jóvenes con grave afección de las condiciones clínicas y candidatos a trasplante. La aplicación de un corazón artificial halla indicación en los pacientes que desarrollan reacciones agudas de rechazo no de tipo inmunitario; por el contrario, en los pacientes que desarrollan reacciones agudas de rechazo tras un tratamiento inmunosupresor existe un alto riesgo de infecciones tras la implantación del corazón artificial y de rechazo tras un eventual segundo trasplante cardíaco.

Existen pacientes en los que no es posible interrumpir el bypass cardiopulmonar después de intervenciones por cardiopatías adquiridas y cuya función miocárdica en fase preoperatoria no se muestra afectada de forma marcada; en buena parte de estos pacientes está indicada la aplicación de sistemas de asistencia ventricular: en un tercio de los casos se observa en efecto la normalización de la función miocárdica en fase perioperatoria. Las contraindicaciones a la utilización del corazón artificial como puente al trasplante son actualmente las siguientes: infecciones, sobretodo hemáticas y pulmonares; anticuerpos preconstituidos frente a buena parte de los donantes potenciales; edad avanzada y aterosclerosis sistémica; grave neumopatía obstructiva; necrosis tubular (renal) aguda; presencia de coma; esternotomías sufridas en el pasado. Desde este último punto de vista, en los pacientes sometidos ya a intervención el riesgo de hemorragias postoperatorias secundarias a lisis de procesos cicatriciales es elevado.

Resultados

Se estima que más de 5.000 pacientes en el mundo han sido tratados con algún sistema de corazón artificial como puente para trasplante. Además un 30% de los adultos que esperan trasplante utilizan en la actualidad alguno de estos sistemas, logrando globalmente el 60% llegar al trasplante, con buenos resultados posteriores. Los sistemas implantables, como el Heart Mate, han demostrado mayores tasas de éxito,con series que se acercan al 80% de pacientes asistidos exitosamente hasta que obtienen un órgano.

Complicaciones

Evidentemente uno de los aspectos más difíciles de superar en la carrera por el corazón artificial ha sido la presencia de complicaciones. Ellas derivan principalmente de la imposibilidad hasta ahora de diseñar superficies y válvulas 100% biocompatibles, y que por lo tanto no sean trombogénicas, y de la necesaria conexión al exterior de estos aparatos, con el consecuente riesgo de infección.

Así entonces, las principales han sido las hemorragias, los accidentes neurológicos, ya sea por embolias o hemorragia, las infecciones del trayecto del cable de conexión percutáneo, la sepsis, la falla estructural o de funcionamiento de los aparatos, la hemólisis y la mayor sensibilización inmunológica, con el teórico mayor riesgo de rechazo posterior al trasplante.

Presente

• Desarrollo de dispositivos cardíacos mecánicos implantables de pequeño tamaño.

• Novel LVAS y la Técnica de la Atriostomía que evita la canulación cardíaca

La insuficiencia cardíaca congestiva sigue siendo un problema importante para la salud pública en todo el mundo. La insuficiencia cardíaca congestiva debido a una miocardiopatía post-isquémica es la principal causa de muerte en el mundo industrializado. La insuficiencia cardíaca avanzada afecta aproximadamente a 5 millones de pacientes en los Estados Unidos de América, con 400.000 nuevos casos por año.

El tratamiento de los pacientes con insuficiencia cardíaca crónica ha progresado en los últimos 25 años. La farmacoterapia para dicha insuficiencia, que incluye la inhibición neurohumoral con inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina y betabloqueantes, mejora los resultados clínicos.

Las respuestas al bajo flujo sanguíneo en la circulación periférica durante la insuficiencia cardíaca indican el débito cardíaco anormal; la terapia más exitosa ha sido la atenuación de la sobreactivación neurohumoral con los antagonistas del sistema renina-angiotensina aldosterona, así como el bloqueo ß-adrenérgico. Sin embargo, la asistencia mecánica cardiocirculatoria se ha convertido en un método común para estabilizar a pacientes con insuficiencia cardíaca refractaria severa como puente para el trasplante cardíaco. La información recogida desde los estudios de laboratorio realizados por Liotta y las primeras aplicaciones clínicas de los dispositivos de circulación asistida en la Baylor University College of Medicine en Houston, hace más de 40 años, han avanzado enormemente.

Liotta inventó (1962-1966) el Dispositivo de Asistencia Ventricular Izquierda (LVAD) para el tratamiento del shock cardiogénico poscardiotomía mientras se desempeñaba como Profesor Adjunto de Cirugía en la Baylor University College of Medicine en Houston, Texas (1961-1971). Desde 1998, la Facultad de Medicina de la Universidad de Morón ha llevado a cabo el diseño, fabricación, ensayos in vitro e implantes en animales(terneros) de un nuevo LVAS. El Novel LVAS puede ser un Puente para el trasplante cardíaco. Sin embargo, la principal indicación es: Recuperación Cardíaca Funcional o Terapia de destino en Insuficiencia Cardíaca Avanzada.

El Novel LVAD-III es una bomba neumática ubicada en el lado izquierdo del tórax. Una cánula de 4 mm se conecta al ventrículo artificial, pasa a través de un túnel subcutáneo por la zona torácica y abdominal y sale del cuerpo a la izquierda del ombligo. El peso del Novel LVAD-III es de 90 g . La sección transversal de la cápsula de contención tiene 80 mm de ancho y 40 mm de alto. Para el diseño de este nuevo sistema se han tenido en cuenta algunas consideraciones básicas:

• Técnica de la Atriostomía

• Sistema del Driver Novel LVAS

• Ensayo in vitro del Novel LVAS

Conclusiones

A lo largo de los años se han ido desarrollando y puesto a prueba los diferentes prototipos de corazones artificiales que los médicos han ido mejorando, estos procedimientos han otorgado una mejor comprensión del comportamiento del cuerpo humano ante un corazón fabricado de materiales inorgánicos. Las personas que desean ser sometidas a esta cirugía entablan ciertos parámetros para que sean considerados pacientes opcionales puesto que es una cirugía de alto riesgo y de resultados variables. Los resultados de los pacientes han ido variando según el caso, pero aun así el tiempo de vida que se ha otorgado con la ayuda de un corazón artificial es asombroso teniendo en cuenta que es un órgano vital, centro de funcionamiento para los demás órganos.

En la actualidad se ha mejorado el diseño del prototipo, enfrascándose en el peso, dimensión y comodidad para el paciente. Todo este desarrollo de tecnología y medicina desembocada en este artefacto ha sido laureado por muchos como un gigantesco avance en la supervivencia humana.