Ulice se pomalu vzpamatovávají z návalu červených srdíček všech možných velikostí a příchutí. Elegantní a jednoduchý tvar má přitom se skutečným lidským srdcem, krevní pumpou a zcela nezbytným lidským orgánem, pramálo společného. Zatímco pro jedny je srdce symbolem lásky, jiným připomíná, jak důležité je lidské zdraví.
Neuvěřitelná čísla
Počet úderů lidského srdce dosáhne za celý život 2,5 až 3 miliardy. Za jeden den urazí krev po vašem těle asi 19 tisíc kilometrů, tedy vzdálenost větší, než z Česka na Nový Zéland. Životodárná tekutina transportuje po těle většinu důležitých látek, mimo jiné kyslík, živiny, oxid uhličitý, protilátky nebo hormony, a udržuje lidské tělo v chodu, při životě.
Kardiostimulátor v těle pacienta.
Není tedy divu, že se srdce stalo symbolem života. Když přestane srdce bít, je konec, věděli už ve starověku, a pravděpodobně ještě dříve. Teprve posledních padesát let ale umí lékaři ovládat tlukot srdce a prodloužit tak některým pacientů život i o desítky let.
Záchrana života na objednávku
Jednoho prosincového dne roku 1990 přestalo srdce Johna Thomase z Bostonu normálně tlouci. Místo toho se chvělo v zástavě - fibrilaci. John byl zrovna v metru a zástava srdce mohla snadno znamenat konec jeho života. Místo toho ale znamenala jenom impuls pro jeho implementovaný kardiostimulátor - defibrilátor. Ten vyslal do srdce předprogramované impulsy a během několika sekund obnovil jeho normální činnost.
Kardiostimulátor při poruše převodu vzruchů na srdci vyšle elektrodami do srdce elektrický impulz. Nahrazuje tak částečně funkci tzv. sinusového uzlu, který se o srdeční rytmus stará v těle zdravého člověka. Moderní kardiostimulátory se dokáží přizpůsobit tomu, co jejich uživatel právě dělá. Simulace zde.
"Byl jsem v bezvědomí jen několik sekund," líčí šestatřicetiletý Thomas. "Nikdo v metru si toho ani nevšiml. Ani já jsem vlastně nevěděl, co se stalo." Než ale mohly vzniknout moderní kardiostimulátory, které sledují procesy v těle a přizpůsobí se jim, musela věda ujít dlouhou cestu.
Historie kardiostimulátoru
První zmínky o pokusech s lidským zdravím a elektřinou máme, jak jinak, již ze starého Řecka. Údajně totiž využívali k léčení pozoruhodných vlastností některých ryb, které dokážou vyvinout elektrický výboj o napětí až několik set voltů. Také slavný Benjamin Franklin se snažil uzdravit např. ochrnuté svaly zaváděním statické elektřiny. Sval sebou škubnul, k uzdravení ale nedošlo. Podobné pokusy prováděl i dánský fyzik Nickolev Abildgaard.
Dále je tu samozřejmě notoricky známý experiment Luigiho Galvaniho. Ten téměř dva tisíce let poté, v roce 1780, objevil "živočišnou elektřinu": při kontaktu tkáně s kovovým skalpelem (nebo, jak praví poťouchlé legendy, s vidličkou) sebou skalpel škubl.
Zjednodušeně bychom mohli říci, že stejného principu využívají i moderní kardiostimulátory. Elektrický impuls přiměje sval, aby se stáhnul. Než ale kardiostimulátor mohl lidem reálně pomáhat, musela věda ujít ještě dlouho cestu.
Už v roce 1889 navrhl McWilliam v časopise British Medical Journal zařízení, které by vysíláním elektrických impulsů do nečinného srdce mohlo vyvolat srdeční činnost. Psal tehdy o frekvenci 60 - 70 impulsů za minutu: "Abychom mohli sval dostatečně excitovat, je asi nejlepší posílat elektrické šoky do celého srdečního svalu... Elektrody by měly být zakončeny plochou s větším kontaktem, šok by měl být silný."
Velký přínos znamenaly také poznatky fyziologa Augusta Wallera z Londýna. Ten zaznamenal první elektrokardiodiagram (EKG).
Sám tehdy svůj objev nepovažoval za příliš důležitý: "Nemyslím si, že by elektrokardiograf našel v nemocnici nějaké velké využití. Přinejlepším by mohl čas od času pomoci zachytit nějakou vzácnou srdeční anomálii." Dnes EKG patří k základním formám vyšetření a lékařského měření.
První kardiostimulátory
Australský doktor Mark Lidwell učinil obrovský krok dopředu, když se mu povedlo zkonstruovat funkční přenosný kardiostimulátor už roku 1928. Elektřinu bral ze "zásuvky na světlo" a jeho funkci obstarávaly dvě elektrody. Tu jednu přikládal na pokožku pacienta, dostatečně zvlhčenou solným roztokem kvůli vodivosti. Tu druhou aplikoval v podobě jehly (s výjimkou špičky potažené izolací) do srdeční komory. Vysíláním elektrických impulsů o napětí 1,5 - 120 voltů a frekvenci 80 až 120 Hz se mu údajně povedlo vyvolat samostatnou srdeční činnost u mrtvého novorozence, a to po deseti minutách elektrické stimulace. Co je důležité, tato činnost pokračovala i po stimulaci.
Nezávisle na Lidwellovi pracoval na podobném přístroji i americký doktor Albert Hyman. Ten jeho byl poháněn dynamem. Hyman nazval svůj přístroj "artificial pacemaker", termínem, který se v angličtině pro kardiostimulátor dodnes používá.
Hymanovi také nejspíše vděčíme za koncept defibrilátoru. Model Hymanotor vyráběl Hyman ve spolupráci s firmou Siemens a jejich americkou pobočkou Adlanco. Za druhé světové války se snažil přístroj nabídnout armádě, ale neúspěšně.
Až do konce druhé světové války je na poli výzkumu kardiostimulace zdánlivé ticho, nejspíše proto, že šlo v té době o velice kontroverzní téma. Teprve v padesátých letech se kardiostimulátory dočkaly rozvoje, který je přinesl blízko těm dnešním.
Hned v roce 1950 zkonstruoval John Hopps v Torontu externí kardiostimulátor. K časování impulsů používal technologii vakuových trubic a používal se pouze pro dočasnou stimulaci srdce, například během chirurgického výkonu. Napájen byl z běžné elektrické sítě. V následujících letech proběhly experimenty s přenosnými (ale stále příliš velkými) zařízeními, která využívala energii z nabíjecí baterie.
První tranzistory přinesly další možnosti miniaturizace elektronických zařízení a umožnily tak rozvoj kardiostimulátorů do dnešní implantovatelné podoby. Nejprve ještě roku 1957 vytvořil Američan Earl Bakken externí kardiostimulátor. Na plastové krabičce si pacient mohl regulovat frekvenci a intenzitu elektrických impulzů vedených skrze voperované elektrody do myokardu.
Náhodný objev
Podobně jako penicilín, také kardiostimulátor prý vděčí za svůj objev náhodě. Americký inženýr Wilson Greatbatch pracoval na zařízení určenému k záznamu nepravidelnosti v srdečním rytmu. Omylem ale použil špatnou součástku. Vzpomíná na to takto: "Nebyla to náhoda, Pán pracoval skrze mne... Oscilátor vyžadoval 10KΩ rezistor. Sáhl jsem do krabice, ale špatně jsem přečetl barevné označení a použil jsem omylem 1MΩ." Oba odpory se přitom liší jen nepatrně, stačilo zaměnit červenou barvu ve čtvrtém sloupečku za žlutou. Obvod začal s touto nechtěnou součástkou vysílat pravidelné krátké pulzy, které Greatbatchovi připomněly tlukot lidského srdce.
Impulzy o délce 1,8 milisekund byly v pravidelném sledu následovány sekundovou pauzou. "Nevěřícně jsem na to zíral," vzpomíná Greatbatch na to, jak si okamžitě uvědomil, že by se takto malé zařízení dalo použít k pohonu lidského srdce. Dlouho ale nemohl najít chirurga, který by v jeho myšlenku věřil.
Teprve doktor William Chardack z buffalské nemocnice pochopil, jak důležitý vynález mají před sebou. Spolu s Greatbatchem provedl první úspěšný pokus - vyoperované psí srdce propojili dráty s miniaturním zařízením - a srdce dále bilo. Chardack se neubránil překvapení: "Well, I’ll be damned." Wilson Greatbatch si do deníku poznamenal: "Pochybuji, že ještě někdy zažiji takovou euforii, jako tehdy, když přede mnou bilo srdce, napojené na pěticentimetrový strojek mé výroby."
K oběma vědcům se připojil ještě doktor Andrew Gage, a společně vytvořili "kravatové trio". Po mnoha pokusech na zvířatech se roku 1960 uskutečnila první operace s lidským pacientem. Sedmasedmdesátiletému muži voperovali nejprve elektrody a pak i generátor pulzů - kardiostimulátor. Pacient operaci v pořádku přečkal a zemřel až o dva roky později přirozenou smrtí. O rok později už tým hlásil 15 úspěšných operací. Greatbatch prodloužil také životnost baterie a uzavřel kardiostimulátor do nerezového pouzdra.
Nezávisle na americkém výzkumu proběhla úspěšná operace i na švédské univerzitní nemocnici v Solně. Operace proběhla roku 1958, pacientovi ale kardiostimulátor selhal po třech hodinách. Později mu implantovali jiné zařízení, které vydrželo dva dny. Arne Larsson, jak se příjemce prvních implantátů jmenoval, ale přežil, přestože v době první operace mu lékaři nedávali žádnou šanci. Dožil se nečekaně vysokého věku - zemřel až v roce 2001 ve věku požehnaných 86 let. Za svůj život měl v těle 26 různých kardiostimulátorů.
Švédové také přišli s unikátním systémem dobíjení. Probíhalo bez doteku, skrz pacientovo tělo, a to pomocí indukce a 150kHz rádiové vysílání. Dobíjení trvalo 12 hodin týdně. Později se od tohoto způsobu ustoupilo a přešlo se na spolehlivější, bateriové kardiostimulátory. Dnes se opět experimentuje se samonabíjejícími se kardiostimulátory.
Rozvoj a současnost
S rychlým rozvojem počítačů se miniaturizovaly a zlepšovaly i kardiostimulátory. Jejich obal je hermeticky uzavřen okolním vlivům, od 70. let se používá titan nebo plast.
V současné době umí kardiostimulátory reagovat například na aktivitu člověka a přizpůsobit frekvenci srdečního tepu fyzické námaze. Dvoukomorové modely zase umějí efektivněji využít srdečního svalu. Miniaturizace umožnila, že si pacienti ani nemusejí uvědomovat, že mají kardiostimulátor. A jejich okolí už vůbec ne. Jen nezapomenout, že občas je potřeba krabičku vyměnit, než dojdou baterie.
Až někdy omylem vytvoříte něco jiného, než co jste vytvořit chtěli, dobře si to prohlédněte, než to opravíte. Třeba také dáte mimoděk život něčemu, co přinese delší život tisícům lidí na celém světě. A nebo se "jenom" zasmějete.
Odkazy
- Kardiostimulátory - velký přehled (anglicky)
- Jak žít s kardiostimulátorem (česky)
- Umělý kardiostimulátor (Wikipedia.org, anglicky)
- 3D virtuální zobrazení srdce (anglicky)
- Kardiostimulátor - defibrilátor (anglicky)
- Historie kardiostimulátoru (anglicky)
- Historie kardiostimulátoru, obrázky (anglicky)
