Yanlış Bir Dirençten Milyonlarca Kalbe: Kalp Pilinin Hikâyesi

Kalbin Önüne Yeni Bir Yol Açan Cerrah: René Favaloro

İçeriği Görüntüle

Ortaya çıkan düzenli elektrik darbeleri ona kalbi vücudun içine yerleştirilecek küçük bir cihazla uyarma fikrini verdi. Bu laboratuvar hatası, cerrah William Chardack ile yürütülen çalışmaların ve implant edilebilir kalp pilinin gelişimindeki önemli dönüm noktalarından birinin başlangıcı oldu.
1956’da New York’taki University at Buffalo’da çalışan elektrik mühendisi Wilson Greatbatch’ın amacı kalp pili yapmak değildi. Kalple ilgili hızlı elektriksel olayları kaydetmeye yardımcı olacak bir devre üzerinde çalışıyordu. Daha sonra anlattığına göre devreye 10 kiloohmluk bir direnç takması gerekirken renk kodlarını yanlış okuyarak 1 megaohmluk, yani yaklaşık 100 kat daha yüksek dirençli bir parçayı yerleştirdi. [1]
Devre çalıştı.
Ama beklediği gibi değil.
Yaklaşık 1,8 milisaniyelik kısa bir elektrik darbesinin ardından yaklaşık bir saniyelik sessizlik geliyor, sonra aynı döngü yeniden başlıyordu. Greatbatch bu düzenli ritmin insan kalbinin atış düzenine benzediğini fark etti. [1]
Yanlış Parçayı Çıkarmak Yerine Devreyi Dinledi
Bir elektronik devrede yanlış direnç kullanılması çoğu zaman düzeltilmesi gereken basit bir hata olarak görülür.
Greatbatch’ın hikâyesini farklılaştıran şey, yanlış parçayı hemen söküp atmak yerine ortaya çıkan sinyalin ne işe yarayabileceğini düşünmesiydi.
Kalp kendi doğal elektrik sistemi sayesinde düzenli biçimde kasılır. Ancak atriyoventriküler blokta, yani kalbin üst odacıklarında oluşan elektriksel uyarının alt odacıklara yeterince iletilemediği durumda kalp hızı tehlikeli biçimde yavaşlayabilir.
Greatbatch’ın devresinden çıkan kısa ve düzenli darbeler, böyle bir kalbin ritmini elektriksel olarak desteklemek için gereken uyarıya benziyordu. [1]
Fakat masa üzerinde çalışan bir elektronik devre ile insan vücudunun içine yerleştirilebilecek kadar küçük, güvenilir ve dayanıklı bir cihaz arasında büyük bir mühendislik mesafesi vardı.
Cerrah William Chardack ile Yolları Kesişti
Greatbatch fikrini gerçek bir tıbbi cihaza dönüştürebilmek için bir cerrahla çalışması gerektiğini biliyordu.
Bu kişi Buffalo’daki Veterans Administration Hospital’da görev yapan cerrah William Chardack oldu.
Greatbatch, Chardack ve cerrah Andrew Gage birlikte çalışarak küçük, pille çalışan ve tamamen vücut içine yerleştirilebilecek bir kalp pili geliştirmeye başladı. Elektronik sistem vücut sıvılarından korunmak amacıyla uygun bir malzemeyle kaplanıyor, elektrotlar ise kalp kasına elektriksel uyarı gönderecek şekilde tasarlanıyordu. [1]
7 Nisan 1958’de ekip geliştirdikleri sistemin ilk önemli hayvan deneylerinden birini gerçekleştirdi. Kalbin cihazın gönderdiği elektrik darbelerini izlemesi, implant edilebilir bir sistemin mümkün olabileceğini gösteren kritik aşamalardan biri oldu. [1]
Ancak çözülmesi gereken sorunlar bitmemişti.
Cihazın vücut sıvılarından korunması, elektrotların uzun süre güvenilir biçimde çalışması, pilin yeterli enerji sağlaması ve kalbi uyaracak elektrik darbesinin güvenli sınırlar içinde tutulması gerekiyordu.
Dünyadaki İlk İmplant Greatbatch’a Ait Değildi
Kalp pilinin tarihini yalnızca “yanlış dirençle başlayan bir buluş” şeklinde anlatmak eksik olur.
Greatbatch’ın çalışmaları sürerken İsveç’te cerrah Åke Senning ve hekim-mühendis Rune Elmqvist de tamamen vücut içine yerleştirilebilecek bir kalp pili üzerinde çalışıyordu.
8 Ekim 1958’de Stockholm’deki Karolinska Hastanesi’nde 43 yaşındaki Arne Larsson’a dünyanın ilk tamamen implant edilebilir kalp pili yerleştirildi. Larsson ciddi kalp bloğu nedeniyle tekrarlayan bayılma ve yaşamı tehdit eden ritim sorunları yaşıyordu. [3]
İlk cihaz yalnızca birkaç saat çalıştı ve kısa süre sonra ikinci bir cihazla değiştirilmesi gerekti. Buna rağmen işlem, kalbin vücudun içine yerleştirilen elektrikli bir sistemle desteklenebileceğini gösteren tarihsel bir dönüm noktası oldu. [3]
Dolayısıyla Greatbatch ve Chardack, dünyanın ilk implant edilebilir kalp pilini yapan ekip değildi.
Onların katkısı, bağımsız olarak geliştirdikleri ve daha sonra yaygınlaşacak implant edilebilir kalp pili teknolojisinin ABD’deki en önemli öncü sistemlerinden birini ortaya çıkarmaktı.
6 Haziran 1960: Cihaz Bir İnsanın Göğsüne Yerleştirildi
Greatbatch’ın geliştirdiği sistem için kritik tarih 6 Haziran 1960 oldu.
Buffalo’da William Chardack, Greatbatch’ın tasarlayıp ürettiği kalp pilini tam atriyoventriküler blok bulunan 77 yaşındaki bir erkeğe yerleştirdi. Bu işlem, ABD’deki ilk başarılı kalıcı implant edilebilir kalp pili uygulaması olarak tıp tarihine geçti. Hasta implantasyondan sonra yaklaşık 18 ay daha yaşadı. [1]
Aynı yıl Chardack, Gage ve Greatbatch geliştirdikleri cihazı Surgery dergisinde yayımladıkları makaleyle bilim dünyasına ayrıntılı biçimde tanıttı. [2]
Makalenin başlığı dönemin yeniliğini açık biçimde anlatıyordu: Tam kalp bloğunun uzun süreli düzeltilmesi için transistörlü, kendi enerji kaynağına sahip ve vücut içine yerleştirilebilen bir kalp pili.
15 Hastalık Deneyim Bilimsel Literatüre Girdi
Ekibin çalışması tek bir hastayla sınırlı kalmadı.
Chardack, Gage ve Greatbatch 1961’de Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery dergisinde yayımladıkları makalede implant edilebilir kalp pili uygulanan 15 hastadaki klinik deneyimlerini bildirdi. [4]
Bu aşama önemliydi. Çünkü artık karşılarında yalnızca laboratuvarda çalışan bir elektronik cihaz veya tek bir başarılı vaka değil, farklı hastalarda uygulanmaya başlayan yeni bir tedavi yöntemi vardı.
Kalp Pili Aslında Ne Yapıyor?
Kalp pili kalbin yerine çalışmıyor.
Kalbin elektrik sistemi yeterli ritmi oluşturamadığında küçük elektrik darbeleri göndererek kalp kasının uygun zamanda kasılmasına yardımcı oluyor.
Özellikle tam kalp bloğunda kalbin üst bölümlerindeki elektriksel komutlar alt bölümlere ulaşamayabiliyor. Bunun sonucunda nabız çok yavaşlayabiliyor; baş dönmesi, bayılma, bilinç kaybı ve yaşamı tehdit eden dolaşım sorunları ortaya çıkabiliyor.
Kalp pili bu elektriksel iletişim sorununu telafi ederek kalbin yeterli ritimde çalışmasına yardımcı oluyor.
Greatbatch’ın 1956’da masa üzerindeki devrede gördüğü kısa ve düzenli elektrik darbelerinin önemi tam da burada yatıyordu.
İlk Büyük Sorunlardan Biri Pil Ömrüydü
Kalp pili geliştirilmişti ancak mühendislerin önünde başka bir sorun vardı: enerji.
İlk implant edilebilir cihazlarda kullanılan pillerin ömrü sınırlıydı. Pil tükendiğinde hastanın cihazının değiştirilmesi için yeniden ameliyat edilmesi gerekebiliyordu.
Greatbatch sonraki yıllarda bu probleme de yoğunlaştı.
1970’lerde lityum-iyot pil teknolojisinin kalp pillerine uyarlanması ve yaygınlaştırılmasında önemli rol oynadı. Bu sistemler, daha önce kullanılan cıva-çinko pillerden daha uzun ömürlü enerji kaynaklarının geliştirilmesine yardımcı oldu.
Ancak lityum-iyot pilin temel kimyası Greatbatch’ın tek başına yaptığı bir buluş değildi. Temel pil teknolojisi başka araştırmacılar ve şirketler tarafından geliştirilirken Greatbatch ve çalışma arkadaşları bu teknolojinin kalp pilleri için uygulanması ve geliştirilmesine önemli katkı sağladı.
Böylece Greatbatch’ın kalp pili tarihindeki rolü 1956’daki yanlış dirençle sınırlı kalmadı.
Kalp Pilini Gerçekten Bir Tesadüf mü Doğurdu?
Kalp pilinin hikâyesi zaman zaman “bir mühendis yanlış parçayı taktı ve kalp pilini buldu” şeklinde anlatılıyor.
Gerçek tarih bundan daha zengin.
Kalbi elektrikle uyarma fikri Greatbatch’tan çok önce ortaya çıkmıştı. Albert Hyman 1930’larda “artificial pacemaker” ifadesini kullanmış, sonraki yıllarda farklı araştırmacılar kalbin elektrikle uyarılması üzerine çalışmıştı.
Paul Zoll ise 1950’lerde göğüs üzerinden uygulanan elektriksel uyarılarla kalp ritminin desteklenebileceğini klinik olarak göstermişti. [3]
İsveç’te Elmqvist ve Senning ile ABD’de Greatbatch ve Chardack birbirlerinden büyük ölçüde bağımsız biçimde implant edilebilir sistemler geliştiriyordu. 1958 ve 1960’taki bu erken uygulamalar, modern implant edilebilir kalp pillerinin gelişimindeki başlıca kilometre taşları arasında yer aldı. [1][3]
Greatbatch’ın yanlış direnç seçmesi gerçekten önemli bir tesadüftü.
Ama tesadüf tek başına tıbbi bir buluş yaratmadı.
O yanlış devreyi insan vücudunda uzun süre çalışabilecek bir cihaza dönüştürmek; elektronik tasarım, cerrahi iş birliği, hayvan deneyleri, pil teknolojisi, elektrot geliştirme ve yıllarca süren denemeler gerektirdi.
Kalp pilinin hikâyesini değerli kılan da tam olarak bu.
1956’da bir mühendis yanlış parçayı söküp atmak yerine ortaya çıkan ritme dikkat etti. Birkaç yıl sonra o fikir, insan göğsünün içinde atan bir kalbin ritmini destekleyen teknolojiye dönüşmüştü.
Kaynaklar
[1] Beck H, Boden WE, Patibandla S, et al. 50th Anniversary of the First Successful Permanent Pacemaker Implantation in the United States: Historical Review and Future Directions. American Journal of Cardiology. 2010;106(6):810-818. DOI: 10.1016/j.amjcard.2010.04.043.
[2] Chardack WM, Gage AA, Greatbatch W. A transistorized, self-contained, implantable pacemaker for the long-term correction of complete heart block. Surgery. 1960;48:643-654.
[3] Aquilina O. A brief history of cardiac pacing. Images in Paediatric Cardiology. 2006;8(2):17-81.
[4] Chardack WM, Gage AA, Greatbatch W. Correction of complete heart block by a self-contained and subcutaneously implanted pacemaker. Clinical experience with 15 patients. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1961;42:814-830.