تاریخچه ساخت ضربان‌سازهای قلب

از بعضی از مشاهیر و بزرگان و متفکران واقعا به میزان بسیار کمتری از آنچه شایسته مقامشان است، یاد می‌شود. بیشتر افراد به‌روز و اهل مطالعه، به راحتی نام رؤسای شرکت‌های فناوری را برای شما فهرست می‌کنند، نام بعضی از مخترعان هم در کتاب‌های درسی می‌‌آید و در مورد داستان زندگی و اختراعاتشان داستان‌ها و گاه افسانه‌هایی شایع می‌شود، اما در مقابل بعضی‌ها هم ناشناخته و گمنام باقی می‌مانند.

امروز در این پست «یک پزشک» به صورت مختصر در مورد تاریخچه وسیله‌ای صحبت می‌کنیم که جان میلیون‌ها نفر را در دنیا نجات داده است، امروز می‌خواهیم در مورد ضربان‌ساز قلب صحبت کنیم.

برای آغاز توضیح در مورد ضربان‌ساز باید چند جمله‌ای در مورد سیستم هدایت الکتریکی قلب بنویسم. برای به حرکت درآمدن هر عضله‌ای، از جمله عضله قلب، نیاز به تحریک الکتریکی است. منتها با توجه به کار خطیر قلب و اینکه باید همواره و بدون توقف بتپد و خون را به جریان درآورد، قلب مجهز به یک سیستم هدایت الکتریکی ویژه است.

سرآغاز و رهبر این سیستم الکتریکی، گره سینوسی دهلیزی است که در دهلیز راست قلب، در دهانه ورود ورید اجوف فوقانی قرار دارد، الیاف عصبی یا فاسیکول‌ها از این گره شروع می‌شوند و به یک گره دیگر به نام گره سینوسی دهلیزی می‌روند. این گره در دهلیز راست در بالای دریچه سه لتی قرار دارد. از گره سینوسی دهلیزی الیاف عصبی دیگر به نام الیاف هیس شروع می‌شوند که یک تا دو سانتیمتر ابتدایی آنها در روی دیواره بین بطنی قلب است و سپس شاخه شاخه می‌شود و در بطن‌های راست و چپ توزیع می‌شود.

ممکن است اصلا حوصله خواندن پاراگراف بالا را نداشته باشید، ولی خیلی ساده می‌توانیم سیستم الکتریکی قلب را به یک مدار الکتریکی تشبیه کنیم که در صورت بروز اختلالی در آن پمپاژ قلب مختل می‌شود.

حالا تصور کنید که تحت شرایطی این سیستم دچار مشکل شود و در نتیجه قلبی خیلی کند شود. چه کار باید کرد؟

در این صورت یکی از درمان‌ها استفاده از ضربان‌سازهایی است که به صورت متناوب سیگنال الکتریکی به ماهیچه قلب می‌رسانند.

ضربان‌سازها دو نوع هستند، خارجی و داخلی. ضربان‌سازهای داخلی را با عمل جراحی در داخل قفسه سینه می‌کارند.

در ادامه می‌خواهم بیشتر روی تاریخچه ساخت ضربان‌سازها متمرکز شوم.

ضربان‌سازهای خارجی نخستین بار در اواخر دهه ۱۹۲۰ و اوایل دهه ۱۹۳۰ معمول شدند. متخصص بیهوشی استرالیایی به نام مارک لیدول و فیزیولوژیست آمریکایی به نام آلبرت هایمن، پیشگام ساخت ضربان‌سازهای خارجی بودند.

ضربان‌سازهای اولیه منبع تعذیه داخلی نداشتند، اما در دهه ۱۹۵۰، یک تعمیرکار تلویزیون به نام ارل ای بَکِن برای نخستین بار ضربان‌سازهایی مجهز به باتری ساخت.

اما در مورد ضربان‌سازهای داخلی، باید بگوییم که افتخار ساخت نخستین ضربان‌ساز داخلی متعلق به دکتر رون المکوییست است. ضربان‌سازی که او ساخته بود، توسط یک جراح پیشگام و برجسته قفسه سینه به نام دکتر آکه سنینگ، در بیمارستان کارولینسکای استکهلم سوئد پیوند زده شد.

دکتر المکوییست گرچه یک پزشک بود، اما یک مهندس خلاق هم بود. برای مثال او در سال ۱۹۲۷، وسیله‌ای برای سنجش pH ساخت، و بعد از آن یک دستگاه ثبت نوار قلب برای ثبت همزمان سه لید ساخت.  او در سال ۱۹۴۸ چاپگر جوهرفشان نوار قلب را هم اختراع کرده بود.

در سال ۱۹۴۰، او رئیس بخش ساخت تجهیزات الکترونیک پزشکی در شرکتی شد که بعدها زیمنس-الِما نام گرفت.

بعد از ساخت ضربان‌ساز داخلی، دکتر سنینگ در سال ۱۹۵۸ این دستگاه را در قفسه سینه یک بیمار دچار بلوک قلبی کامل کار گذاشت. در این عمل جراحی خود ضربان‌ساز روی دیواره شکم کار گذاشته شده بود و دو الکترود آن روی بافت عضله قلب گذاشته شد.

(دانشجویان پزشکی احتمالا با نام دکتر سنینگ به خاطر عملی با نام خودش که روی بیماران دچار جابجایی شریان‌های بزرگ انجام می‌شود، آشنا هستند.)

از چپ به راست: دکتر المکوییست، دکتر سنینگ و بیماری که نخستین ضربان‌ساز را گرفت. (آرنه لارسن)

نخستین ضربان‌ساز قطری حدود ۵۵ میلیمتر و ضخامتی حدود ۱۶ میلیمتر داشت:

نخستین ضربان‌ساز ساخته شده، هر هفته باید شارژ می‌شد. برای شارژ شدن باید از خارج بدن با تمرکز انرژی رادیویی روی آنتن وسیله، آن را شارژ می‌کردند.

اما نخستین ضربان‌ساز پیوندشده تنها بعد از سه ساعت از کار افتاد، به همین خاطر ضربان‌ساز دیگری هم به این بیمار پیوند زده شد، این ضربان‌ساز دوم هم تنها دو روز کار کرد.

البته شما لازم نیست، نگران جان این بیمار باشید، چون این بیمار تا قبل از مرگش در ۸۶ سالگی در سال ۲۰۰۱ در مجموع ۲۶ بار مورد عمل پیوند ضربان‌ساز قرار گرفت و جالب است که بدانید که این بیمار بیشتر از جراح و مخترع نخستین ضربان‌ساز عمر کرد و مرگ او هم به خاطر مشکل قلبی نبود!

اما بی‌انصافی است که در اینجا یادی از ویلسون گریتپچ Wilson Greatbatch نکنیم.

ویلسون گریتپچ در بوفالوی آمریکا به دنیا آمد. در جوانی وارد ارتش شد و در جنگ جهانی دوم شرکت کردو سپس وارد دانشگاه کورنل شد، در رشته مهندسی الکتریک تحصیل کرد و بعد در دانشگاه بوفالو تحصیلاتش را در همین رشته تکمیل کرد.

گریتپچ، در دوران زندگی خود ۳۲۵ اختراع انجام داد که تنوع بسیار جالب و شگفت‌آوری دارند:

– او باتری لیتیومی با ماندگاری بالا را اختراع کرد که در شمار زیادی از ابزاری الکترونیک پزشکی، کاربرد پیدا کرد.

– او ابزارهایی برای مطالعه در زمینه بیماری ایدز ساخت.

– گریتپچ، یک قایق ویژه ساخت که با انرژی خورشیدی کار می‌کرد و با همین قایق در جشن تولد ۷۲ سالگی‌اش، راهی یک مسافرت دریایی در دریاچه «فینگر» به مسافت ۲۶۰ کیلومتر شد!

– در سال‌های واپسین عمر، او وقت و هزینه زیادی را مصروف تهیه سوخت از گیاهان کرد و از کارهای مطالعاتی برای ساخت واکنشگر (رآکتور) همجوشی هلیومی در دانشگاه ویسکانسین حمایت کرد.

او به هزاران مدرسه رفت تا با دانش‌آموزان در مورد اختراع صحبت کند و بینش کودکان را ارتقا دهد.

در سال ۲۰۰۶ زمانی که بینایی او به شدت ضعیف شد، او با کمک دانشجویان و منشی‌اش همچنان به مطالعه در زمینه‌های مورد علاقه‌اش ادامه می‌داد.

در سال ۲۰۰۷ در طی یک مصاحبه تلفنی گفت:

«ممکن است من قادر به تغییر دنیا نباشم، ولی تلاشم را می‌کنم.»

اما شاید مهم‌ترین اختراع آقای گریتپچ، ساخت مدلی از ضربان‌ساز باشد که با فاصله کمی بعد از مخترع اولیه آن صورت گرفت.

در سال ۱۹۵۶، گریتپچ، استادیار مهندسی الکتریک در دانشگاه بوفالو بود. او در این زمان مشغول ساخت وسیله‌ای برای ضبط تغییرات ریتم قلب در بیماری‌های مزمن بود.

در طی تلاشش برای ساخت وسیله برای تکمیل مدار، سراغ جعبه‌ای رفت تا مقاومتی را بردارد. اما از روی تصادف او مقاومت اشتباهی را برداشت و با جاگذاری آن در مدار متوجه شد که وسیله او به جای ضبط ریتم قلب، در حال ارسال امواج الکتریکی به صورت متناوب و منظم است.

شاید اگر هر کس دیگری بود، با جانشین کرد مقاومت درست، موضوع را فراموش می‌کرد، اما ناگهان جرفه کاربردی برای این وسیله به ذهن او راه یافت، گریتپچ یاد مکالماتی افتاد که چند سال پیش‌تر با دانشجوهای دامپزشک در مورد فعالیت الکتریکی قلب انجام داده بود.

به ذهش رسید که با این وسیله می‌توان به بیمارانی کمک کرد که فعالیت الکتریکی طبیعی قلبشان مختل شده است و با القای جریان الکتریکی به بافت قلب، عضله قلب آنها را وادار به انقباض با نظمی شبیه به نظم ضربان‌ساز طبیعی قلب کرد.

اما مشکل این بود که فناوری در آن زمان اجازه ساخت وسیله کوچک قابل پیوند به بدن را نمی‌داد، در ضمن کار این وسیله باید کامل تضمین‌شده و بدون عیب می‌بود، چرا که با زندگی یک بیمار سر و کار داشت.

به همین خاطر گریتپچ آستین‌ها را بالا زد تا با مشکلات تکنیکی مبارزه کند. سرانجام در هفتم می سال ۱۹۵۸ پزشکان بیمارستان بوفالو، ضربان‌ساز او را به بدن یک سگ پیوند زدند.

در همین زمان گریتپچ متوجه شد که به طور همزمان محققان دیگری در سوئد و آمریکا، مشغول کار و تحقیق برای ساخت ضربان‌ساز هستند. او در این زمان از نظر مالی تگنا بود، گریتپچ تنها با اتکا به دو هزار دلار پس‌اندازش و نیز باغی پر از سبزیجات که قرار بود غذای خانواده‌اش را تعمین کند، به صورت تمام‌وقت خود را وقف ساخت ضربان‌ساز قلب کرد.

همکار و یاور او در این زمینه همسرش -النور- و نیز جراج ارشد بیمارستان بوفالو -دکتر ویلیام چارداک- بود.

گریتپچ البته از رقبایش عقب ماند و افتخار ساخت نخستین ضربان‌ساز به رون المکوییست رسید، اما این امر باعث نشد او برای تولید و بهبود عملکرد ضربان‌ساز تلاش نکند. او ضربان‌ساز خود را ساخت و در سال ۱۹۶۱، حق تولید انبوه ضربان‌ساز خود را به شرکت مدترونیک Medtronic داد. از این زمان این شرکت تبدیل به شرکت پیشگام در زمینه تولید وسایل تحریک و دفیبریلاتور قلب شد.

بر اساس آمار انجمن قلب آمریکا، سالانه حدود نیم میلیون ضربان‌ساز به بیماران پیوند زده می‌شود.

اختراع ضربان‌ساز توسط گریتپچ، سود مالی قابل توجهی برای او در برداشت، او با استفاده از این پشتوانه مالی، مشغول پروژه‌های دیگری شد.

برای مثال او بود که وسیله پایش‌کننده قلب میمون اعزامی به فضا را ساخت.

در قدم بعدی او تصمیم گرفت که یک محدودیت عمده ضربان‌سازهایش را از بین ببرد. این مشکل و محدودیت استفاده از باتری‌های روی-جیوه بود که تنها دو سال کفاف تأمین انرژی ضربان‌ساز‌ها را می‌دادند. به همین خاطر او نخست در سال ۱۹۶۸ حق اختراع باتری‌های لیتیومی را خرید و در گام بعدی در سال ۱۹۷۲، با اصلاحاتی در این باتری‌ها، کاری کرد که بتوان ار ضربان‌سازها به مدت یک دهه یا حتی بیشتر استفاده کرد.

شرکت که که به نام خودش گریتپچ نامیده می‌شود، امروزه شرکت معتبر و پیشگامی در زمینه ساخت منابغ تغذیه تجهیزات پزشکی است.

آقای گریتپچ عادت داشت که به دانشجویانش در مورد شکست‌هایش هم بگوید و به آنها خاطرنشان که از هر ۱۰ ایده‌ای که داشته، ۹ تا با شکست مواجه شده است، شاید یکی از این شکست‌ها همجوشی هلیومی بوده باشد. یکی از مشکلات عمده عملی کردن این طرح، ذخایر محدود هلیوم در روی کره زمین است.

نام گریتپچ در تالار افتخار مخترعان ملی آمریکا قرار داده شده است. او در سال ۲۰۱۱ در ۹۲ سالگی درگذشت.

در زمینه ضربان‌سازها، همچنان عرصه پیشرفت باز است. مهندسان از سال ۲۰۱۳ مشغول کار روی ضربان‌سازهایی هستند که بتوان آنها را از طریق ورید پا در داخل قلب جای گذاشت و به عبارتی برای کار گذاشتن آنها نیازی به عمل باز قلب نباشد.

بد نیست این پست یک پزشک را هم بخوانید:

مِری: زنی که برای زنده ماندن باید حتما پاهایش را بالا می‌گرفتند!

منابع: + و + و +