Kategorije
Broj 6 Razumjeti znanost

Implantati koji podržavaju rast – otkriće u medicini

🕒 8 min

This image has an empty alt attribute; its file name is piron-guillaume-U4FyCp3-KzY-unsplash2.jpg
Kirurzi. Izvor: Piron Guillaume on Unsplash

Medicina danas jako brzo napreduje upravo zato što se različita znanstvena otkrića uspijevaju primijeniti u svakodnevnoj medicinskoj praksi. Jedno od novijih otkrića su implantati koji podržavaju rast – terapeutski medicinski uređaji napravljeni kako bi zamijenili, popravili ili pojačali određeni dio tijela bez da mu sputavaju rast.

Kratak uvod u anatomiju srca

Krvožilne bolesti neke su od najčešćih bolesti od kojih pacijenti boluju danas. Naše srce relativno je jednostavan organ iza kojeg stoji ogromna kompleksnost koja mora kirurški precizno raditi kako bi omogućila normalan rad ljudskog tijela. Ljudsko srce sastoji se od četiri šupljine: dvije pretklijetke i dvije klijetke. Na lijevoj i desnoj strani pretklijetke su odvojene od klijetki srčanim zalistcima. Zadaća srčanih zalistaka jest propuštati krv u jednom smjeru (iz pretklijetki u klijetke) i ne dati krvi da ide u drugom smjeru (iz klijetki u pretklijetke). Neoksigenirana krv iz svih vena dolazi u desnu pretklijetku gdje pod utjecajem stiskanja pretklijetke prolazi kroz trikuspidalni zalistak i ulazi u desnu klijetku. Odatle, pod utjecajem stiskanja desne klijetke, krv odlazi u plućnu arteriju kroz pulmonarni zalistak, oksigenira se u plućima i vraća nazad u srce u lijevu pretklijetku kroz plućne vene. Odatle prolazi kroz mitralni zalistak i dolazi do lijeve klijetke. Nju napušta nakon stiskanja lijeve klijetke prolaskom kroz aortalni zalistak u aortu i otamo prolazi cijelim tijelom kako bi donijela krv svim tkivima kojima je potrebna.

This image has an empty alt attribute; its file name is 2011_Heart_Valves.jpg
Anatomija srčanih zalistaka. Izvor: heartvalveproject

Srčani zalistci jako su bitan dio srca jer oni određuju u kojem smjeru će ići krv. Kada oni ne bi postojali, srce bi samo premještalo krv iz pretklijetke u klijetku i nazad zbog otpora odlasku krvi iz širokih šupljina u uske žile. Kako se to ne bi događalo, srčani zalistci se sastoje od dvaju (mitralni) ili triju (trikuspidalni) zalistaka koji su s jedne strane povezani na hrskavične prstenove, a s druge strane srčanim nitima (chordae tendineae) s papilarnim mišićima u klijetkama. Tako kada krv ide iz pretklijetki u klijetke, zalistci se pod utjecajem tlaka otvaraju i propuštaju krv. Kada se krv pokuša vratiti nazad, zalistci se zatvaraju i onemogućuju retrogradni tok krvi.

This image has an empty alt attribute; its file name is valve-anatomy.png
Kako su zalistci povezani s hrskavičnim prstenom (annulusom) i papilarnim mišićima. Izvor: mvpresource.com

Insuficiencija srčanih zalistaka

Kao što možete zamisliti, ako je jedan od prolaza između pretklijetke i klijetke prevelik da bi ga zalistci potpuno zatvorili, može se stvoriti puno problema. Takvo stanje medicinski se naziva insuficijencija jer mogućnost rada zalistaka nije dovoljna (“insuficijentna” je) da odradi posao kako spada, a to je sprječavanje retrogradnog toka krvi. U tom slučaju dio krvi može pobjeći iz klijetke u pretklijetku, što nazivamo regurgitacija. Zbog toga tijelo mora reagirati, a to radi tako da tjera srce na brži i teži rad kako bi povećalo protok krvi i količinu kisika koja dolazi do tkiva.

Neki od čestih uzroka insuficijencije srčanih zalistaka su reumatska groznica, infekcije, visok tlak, genetski poremećaji i mnoge druge bolesti. Kod odraslih ljudi, insuficijencija se prvenstveno liječi tako da se promijene životne navike (mršavljenje, bolja prehrana i vježbanje). To je dovoljno za liječenje blažih oblika bolesti. Kod težih oblika mora se ići na operaciju. Postupak kojim se smanjuje promjer hrskavičnih prstenova nazivamo anuloplastija, a radi se tako da se nekakav prostetički implantat ugradi na hrskavični prsten te ga se na taj način suzi. Takvi implantati su obično napravljeni od plastike, metala ili tkanine, ovisno o tome koliko čvrst ili fleksibilan trebaju biti. Relativno jednostavno zvuči, ali u praksi je jako teško jer zahtijeva ili endoskopsku intervenciju ili operaciju za vrijeme koje se mora otvoriti srce, što podrazumijeva dugotrajno vrijeme oporavka.

This image has an empty alt attribute; its file name is hb7_mitralprolapsethu_jpg.jpg
Insuficijencija mitralnog zalistka. Izvor: Mayo Clinic

Implantati prstenova u odraslih i djece

Anuloplastija se često izbjegava u djece jer ne može omogućiti normalan rast srca. Ako se isti problem zalistaka pojavi u djeteta, koji može biti uzrok nekakve infekcije ili autoimune bolesti, pristup rješavanju tog problema je potpuno drukčiji. Implantati prstenova nisu idealno rješenje ni u jednom slučaju, ali kod odraslih ljudi barem ne sputavaju rast srca jer je on već završio. Također, ti prstenovi nakon nekoliko godina mogu napuknuti ili se sasvim slomiti, što iziskuje vrlo brzu kiruršku intervenciju i ponovnu anuloplastiju. U djece, najčešći način rješavanja ovakvog problema su višestruke anuloplastije u razmaku od jedne ili dvije godine kako bi se omogućio neometan rast srca i normalqn rad zalistaka. Ovo je jako naporno za rastuće dijete, pogotovo zbog izrazito dugih i zahtjevnih perioda oporavka. Upravo zbog toga bio je potreban čudesan izum koji bi djeci s ovim problemom omogućio puno normalniji i ljepši život.

This image has an empty alt attribute; its file name is q691pwkvVE1lp4Y9tRJ-KKCIupisqCI2m-pP8vRDn_wG8s10QjJFIMx7yjDv4CgVubVYmuoxpzP8XF__XFXqDg-e3VK2W42i11jr_CsiGaSetYVTezPcVzaVSCk_m8TtrlG2VbWiZKC8pUbfjLh0
Operacija implantacije prostetičkog prstena na mintralni zalistak. Izvor: Mayo Clinic

Implantat koji podržava rast u djece

Obećavajući izum Feinsa i njegova tima jest implantat koji podržava rast, u smislu da može rasti jednako kako raste i srce. To eliminira potrebu za višestrukim operacijama na srcu kod djece i tako poboljšava njihovu kvalitetu života. Implantat se sastoji od biorazgradive jezgre i rukava u obliku pletenice. Ovakav dizajn omogućuje da se za vrijeme rasta srca jezgra razgrađuje pod utjecajem vanjskih sila, a rukav se produljuje upravo onoliko koliko je potrebno da promjer hrskavičnog prstena bude primjeren.

Idealni implantat koji podržava rast bi trebao imati sljedeća svojstva:

  1. Omogućiti popravak tkiva/organa kao dosadašnji implantati fiksne veličine
  2. Postupno se produljivati zajedno s normalno rastućim tkivom u djece
  3. Biti predvidljiv u svom ponašanju u tijelu, ali posjedovati mogućnost mijenjanja svojih svojstava kako bi se omogućile primjene u specifičnim situacijama
  4. Biti mehanički dovoljno jak da izdrži sile koje će rastući dio tijela vršiti
  5. Posjedovati neraspadajući element koji ostaje implantiran i pruža dugotrajnu potporu organu kada prestane rasti
  6. Biti jednostavan u dizajnu i omogućiti brzo uklapanje u kliničku primjenu

Struktura – ESPGS jezgra i UHMWPE rukav

Struktura je odabrana s jednostavnosti na umu, tako da su se odlučili za dvoosni rukav u obliku pletenice. Taj je oblik osobito dobar odabir za ovu konkretnu primjenu jer omogućuje precizno određivanje profila produljenja cijelog implantata. Također je dovoljno porozan da omogući nesmetani ulazak tjelesnih tekućina u područje jezgre te njezino raspadanje i posljedično produljenje implantata. Još mu ide u prilog činjenica da je dovoljno jak da izdrži sile koje će na njega vršiti okolna tkiva, a to je posljedica korištenja posebno proizvedenog polimera UHMWPE (ultra-high molecular-weight polyethylene ili polietilen ultra-visoke molekularne mase).

ESPGS (extra-stiff polyglycerol sebacate ili ekstra-kruti poliglicerol sebakat) jezgra odabrana je zbog svog vrlo predvidljivog profila razgradnje. Mijenjajući različite korake tijekom proizvodnje jezgre, profil razgradnje može se prilagoditi potrebama svakog djeteta s insuficijencijom zalistaka.

This image has an empty alt attribute; its file name is braided-sleeve-and-core-structure.png
Struktura implantata koji podržava rast. Izvor: Feins et al.

Eksperiment – anuloplastija na praščićima

Kada je ideja implantata koji podržava rast provedena u djelo, nisu mogli odmah isprobati svoj implantat na ljudima, već su prvo trebali isprobati na nekim životinjskim modelima. To su učinili na praščićima zbog sličnosti anatomije njihovih zalistaka s ljudskom. Uzeli su četiri mlada ženska jorkširska praščića na kojima su napravili anuloplastiju s novim implantatima te su provjerili rad implantata nakon 5, 12, 16, i 20 tjedana nakon operacije. Radili su anuloplastiju na trikuspidalnom zalistku zato što tako nije potrebno zaustaviti rad srca, kao kod rada na mitralnom zalistku, a i incidencija komplikacija puno je manja.

Krajeve rukava prišili su za hrskavične prstenove zalistaka i još su iskoristili dodatne šavove kako bi pričvrstili implantat i omogućili smanjenje promjera hrskavičnog prstena. Kada su izvadili implantat nekoliko tjedana kasnije, vidjeli su da se jezgra uistinu razgradila na pojedinim mjestima i da je promjer hrskavičnog prstena dovoljno smanjen da zalistci mogu propisno odrađivati svoju zadaću. Iako se ovo smatra velikim uspjehom, primijetili su nekoliko problema koje tek trebaju riješiti. Jedan od većih problema bila je činjenica da je cijeli implantat obraslo vezivno tkivo koje je onemogućavalo pristup tjelesnih tekućina jezgri i zbog toga utjecalo na brzinu raspada jezgre i produljenja rukava. Također, pojedina mjesta jezgre bila su puno više razgrađena od nekih drugih, što znači da nije došlo do jednolične razgradnje.

Potencijalne primjene i buduća poboljšanja

Ovaj princip otvara vrata mnogim mogućnostima liječenja koje su prije bile nepristupačne djeci te donosi nadu o poboljšanju pojedinih koraka u njihovom liječenju od te teške bolesti. Potencijalne primjene postoje u području gastrointestinalne medicine pri liječenju atrezija jednjaka i crijeva – stanja kod kojih je jednjak ili crijevo jako suženo i onemogućava normalan prolazak sadržaja. Također, potencijalna primjena može se naći kod kirurškog tretiranja različitih stanja poput prognatizma i mandibularne hiperplazije.

Prototip je pokazao da se u slučaju implantata s razgradivom jezgrom održi rast struktura unutar tijela, nešto što implantati fiksne duljine sputavaju. Korištenje različitih materijala za rukav koji ne uzrokuju toliko jaku reakciju vezivnog tkiva može omogućiti dulji vijek trajanja ovog implantata. Nadalje, promjena izgleda jezgre povećala bi omjer površine i volumena i tako poboljšala profil razgradnje. Potencijalna promjena u implantatu može podrazumijevati jezgru napravljenu od više različitih slojeva s raznim profilima produljenja te na taj način dodatno prilagoditi produljenje implantata pacijentima. Također, jedna od modifikacija može uključivati veze između polimera koje se mogu cijepati svjetlosnim snopovima. Na taj način bi se u slučaju potrebe za brzim produljenjem ono moglo aktivirati posebnim vanjskim svjetlom. Postoji mnogo potencijalnih poboljšanja ovog prototipa, ali njegov je utjecaj već sada osebujan, a budućnost obećavajuća.

U slučaju da imate ikakvih pitanja ili vas posebno zanima ova tema, slobodno komentirajte ispod!

Izvori i dodatne informacije

  1. Funkcija mitralnog zalistka
  2. 3D animirani modeli srčanih zalistaka
  3. Insuficijencija srčanih zalistaka
  4. Otvorena operacija srca (grafički sadržaj)
  5. Originalni članak o implantatima

Odgovori

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Ova web-stranica koristi Akismet za zaštitu protiv spama. Saznajte kako se obrađuju podaci komentara.