Širdis yra žmogaus variklis. Rubrikoje „Ar žinai, kad mokslas gali būti įdomus“ pristatome įdomius istorinius faktus apie širdį, įžvalgas apie ateitį ir naujausius lietuvių kuriamus mokslinius išradimus.

Žmogaus širdžiai tenka daug ištverti

Kaip nuolat tobulinamos technologijos keičia jos gydymo metodus ir dirbtinės širdies ateitį?

Krūtinėje dunksintis būgnas mokslinį susidomėjimą kurstė dar prieš mūsų erą – IV a. pr. Kr. graikų filosofas Aristotelis širdį aprašė kaip organą su keliomis kameromis (nors suklydo, manydamas, kad jų yra trys). Mokslui dar tik pradedant pažinti žmogaus kūną, Aristotelis žengė pirmuosius žingsnius tūkstantmetėje kelionėje, skirtoje perprasti šį organą.

Dabar mes jau žinome, kad širdį sudaro nuo 2 iki 3 milijardų širdies raumens ląstelių, suformuojančių keturias plakančias kameras. Šis unikalus širdies skersaruožis audinys susitraukia ir atsipalaiduoja panašiai, kaip ir kitų kūno raumenų ląstelės. Banga nuvilnijantis širdies ląstelių susitraukimas veikia tarsi pumpuojantis siurblys. Kraujo cirkuliaciją po kūną užtikrina keturios širdies kameros, kurios, padedant ploniems audinio sluoksniams, vožtuvams, tai prisipildo, tai ištuštėja. Vožtuvai veikia tokiu būdu, kad kraujas iš kamerų galėtų ištekėti tik juos atvėrus širdies raumens susitraukimui. Bet iš kur širdis žino, kada atėjo metas susitraukti? Laimei, mūsų širdžiai nereikia sąmoningų nurodymų suplakti, antraip smegenys daugiau nieko kito nedarytų, tik rūpintųsi 35 milijonais dūžių per metus, nes kitaip mes neišgyventume. Vietoje to širdies veikimą užtikrina miogeninis atsakas. Kaip smegenys funkcionuoja priimdamos elektrinius impulsus, širdis taip pat turi savąjį impulsų šaltinį, vadinamą sinusiniu mazgu.

Tai – dešinėje viršutinėje kameroje išsidėsčiusi nedidelė audinio sankaupa, generuojanti elektrinius impulsus. Sklisdami žemyn, jie priverčia širdies raumenį susitraukti ir taip išstumti kraują iš vienos kameros į kitą. Sinusinio mazgo elektriniai impulsai pirmiausiai pasiekia ir stimuliuoja viršutines širdies kameras, o jos išspaudžia kraują į apatines ertmes. Tuomet elektrinis stimulas pasiekia atrioventrikulinį mazgą (AM) ir sulėtėja. Perėjęs AM, impulsas tęsia kelionę per Hiso pluoštą, kur išsišakoja į abu skilvelius. Toks impulso maršrutas viršutinėms kameroms (prieširdžiams) leidžia susitraukti sekundės dalele anksčiau už skilvelius, todėl jie spėja prisipildyti kraujo, kurį tuoj pat išstumia skilvelių susitraukimas.

Pagalba dužusiai širdžiai

Žmonės sako, kad dužusiai širdžiai sugyti reikia laiko, o kalbant apie širdies ligas – tai tikra tiesa. Iki 1896 m. akademikai ir mokslininkai jau buvo neblogai perpratę žmogaus širdies sandarą ir funkciją, tačiau chirurginis šio organo gydymas dar sunkiai įsivaizduotas. Taip buvo tol, kol tais metais vokiečių chirurgas Ludwigas Rehnas nesiėmė gelbėti nuo durtinės žaizdos dešiniajame skilvelyje mirštančio paciento. 14 centimetrų pjūviu atvėręs paciento krūtinę, L. Rehnas išvydo viduje srūvantį kraują. Suskubęs ieškoti kraujavimo šaltinio, gydytojas surado įtrūkimą dvisluoksnėje širdį gaubiančioje širdiplėvėje. Greitai čiupęs chirurginę adatą ir siūlą, L. Rhenas atvertoje krūtinėje ėmė siūti žaizdą, kad suvaldytų kraujavimą. Tam prireikė trijų siūlių, kurios visiškai užvėrė kelią išorėn plūstančiam kraujui. Operacija buvo sėkminga – pacientas išgyveno. Paskutinė siūlė ne tik išgelbėjo žmogui gyvybę – tą akimirką užgimė kardiochirurgija. Po šio inovatyvaus (nors ir neplanuoto) medicininio įvykio, L. Rheno pavyzdžiu pasekė daugybė medikų, padėjusių plėtoti naują chirurgijos atšaką, išgelbėjusią daug gyvybių. Nuo pirmosios širdies vožtuvo operacijos 1925 metais iki pirmosios angioplastikos 1977-aisiais – širdies chirurgija ir procedūros bėgant laikui sparčiai tobulėjo. Vis dėlto viena didžiausių pergalių širdies medicinoje buvo sėkmingas donoro širdies persodinimas į kito žmogaus organizmą. L. Rheno operacijos laikais apie tokį žygdarbį beveik niekas negalėjo nė pasvajoti, bet Pietų Afrikos Respublikos chirurgui Christiaanui Barnardui pavyko atlikti neįmanoma – pirmąjį sėkmingą žmogus širdies persodinimą jis įgyvendino 1967 metais.

Po 1967 m. pasaulį apskriejusios žinios apie širdies persodinimą Lietuvoje profesorius Algimantas Marcinkevičius suorganizavo didelę chirurgų ir kitų specialistų grupę ir pradėjo labai intensyvius širdies persodinimo eksperimentus: buvo atlikta 100 eksperimentų su šunimis ir 200 su kiaulėmis. Maždaug po metų gydytojas kreipėsi į ministeriją leidimo persodinti širdį žmogui, tačiau Maskva jo nesuteikė. Teko laukti beveik 20 metų...

Kai sunkių širdies ligų atvejais gydytojams nelieka jokios kitos išeities, tik ieškoti pacientui naujos širdies, donoro širdis paimama iš paciento, kuriam konstatuota galvos smegenų mirtis. Tokiu atveju neurologinės funkcijos nebevyksta, tačiau gyvybės palaikymo aparatai užtikrina kūno audinių ir svarbiausių organų tinkamumą persodinti. Galimybė Vilniuje atlikti širdies transplantaciją atsirado dėl nelaimingo atsitikimo. 1987 m. rugsėjo 1 d. po motociklo avarijos septyniolikmetei merginai buvo nustatyta smegenų mirtis, o jos širdis tiko muzikos mokytojui iš Ukmergės Albinui Penkauskui, sirgusiam sunkia širdies raumens liga. Pati širdies transplantacija užtruko apie valandą, tačiau visa operacija – penkias su puse valandos. Darbas vyko dviejose operacinėse, kuriose dar niekada nebuvo dirbusi tokia didelė medikų komanda. Nors vyras po jos atsigavo ir sėkmingai sveiko, praėjus 56 dienoms, jis staiga mirė.

Pirmosios širdies persodinimo operacijos vaizdai išliko nuotraukose. Pasirengimą širdies transplantacijai, medikų darbą ir pirmąjį širdies recipientą įamžino fotomenininkas Petras Katauskas, tuo metu klinikose fotografavęs operacijas – kartais 5-6 per dieną. Jis vadinamas medicinos istorijos metraštininku, operacijas ir chirurgų kasdienybę fotografavo beveik 40 metų, yra sukaupęs unikalų dokumentinių nuotraukų archyvą.

Naujos širdies persodinimą galima įsivaizduoti kaip naujo kietojo disko prijungimą kompiuteryje. Pagrindinis tikslas yra užtikrinti, kad visi laidai (širdies atveju – kraujagyslės) bus tinkamai sujungti. Tik, skirtingai nuo kompiuterio, žmogaus kūnui nepatinka, kai „įdiegiama“ kažkas nauja. Imuninė sistema puola bet kokius svetimkūniais palaikytus audinius, todėl nauja širdis tampa pagrindiniu taikiniu. Suvaldyti naujo organo atmetimo reakciją yra vienas sudėtingiausių transplantacijos iššūkių. Tam, kad recipiento kūnas pats savo naujos širdies veiklos nesabotuotų, su persodintu organu gyvenantis žmogus turi vartoti preparatus, slopinančius imuninės sistemos atmetimo reakciją.

Atvira širdimi

Pirmasis sėkmingai operavęs atvertą širdį buvo Bostono (JAV) chirurgas J. H. Gibbonas. 1952 m. jis panaudojo savo sukurtą dirbtinės kraujo apytakos aparatą ir jaunai moteriai užsiuvo prieširdžių pertvaros defektą. Lietuvoje šios idėjos itin aktyviai pradėtos plėtoti, kai Vilniaus universitete buvo įkurta Širdies ir kraujagyslių chirurgijos laboratorija, o jos vadovu 1963 m. paskirtas profesorius Algimantas Marcinkevičius. Dar po metų, laboratorijai įsigijus dirbtinės kraujo apytakos aparatą, Vilniuje atlikta pirmoji atvira širdies operacija.

Nauja technologija išbandoma tik ja patikėjus

„Kai rengiant mokslinį pranešimą manęs klausia, kas pastūmėjo į tokią veiklą, atsakau, kad pasirengimas pripažinti savo neišmanymą. Medicinoje viskas labai greitai keičiasi: šiandien manome vienaip, o įgijus naujų žinių gali pasirodyti, kad ankstesnės yra klaidingos“, – tvirtina profesorius Audrius Aidietis, vienas pirmųjų pasaulyje širdies vožtuvų ligoms gydyti pritaikęs naujausias technologijas.

Vilniaus universitetinės ligoninės Santaros klinikų Kardiologijos ir angiologijos centro vadovas profesorius habilituotas daktaras Audrius Aidietis sako, kad mitralinio vožtuvo nesandarumas – dažniausia širdies vožtuvų liga. Amerikiečiai nustatė, kad jį turi 1,7 proc. gyventojų, tačiau, nors kasmet diagnozuojama 250 tūkst. naujų atvejų, operuojami tik penktadalis pacientų. Su amžiumi, kai nuplyšta viena ar kelios vožtuvo burės, nesandarumas tik didėja, todėl dalis kraujo, užuot keliavusi į aortą, iš kairiojo skilvelio sugrįžta į prieširdį, pasiekia plaučius, dėl to vystosi širdies nepakankamumas, didėja plautinė hipertenzija. Įprastas gydymo būdas – atvira širdies operacija perpjaunant krūtinkaulį, sustabdant širdies veiklą ir tik tuomet protezuojant ar kitaip tvarkant vožtuvą. Tačiau tokios operacijos rizika didelė, o garbaus amžiaus ligoniams net grėsmingai per didelė. Tad kol žmogus labai nesiskundžia ir būdamas ramybės būsenos nedūsta, jos neskubama atlikti – patariama pacientą tik stebėti. „Bet taip laukdami labai daug ką gadiname – nuplyšusi burė juk neprigis. Argi pirmiausia reikia sugadinti, o po to taisyti? Galbūt laikas keisti strategiją ir nelaukti simptomų? Mes pradėjome taikyti naują metodą, leidžiantį nestabdant paciento širdies prisiūti nutrūkusias mitralinio vožtuvo bures. Užtenka padaryti mažytį pjūvį, specialiu prietaisu patekti į širdį, ultragarsu kontroliuojant procedūros tikslumą rasti nuplyšusią vožtuvo burę, ją tarsi siuvimo mašina susiūti, po to pritraukti – ir nesandarumas išnyksta“, – aiškina prof. A. Aidietis, vienas pirmųjų pasaulyje atlikęs transapikalinę mitralinio vožtuvo korekciją.

Apie kairįjį širdies skilvelį profesorius sako, kad jis panašus į vyrą – nesiskundžia iki paskutinės minutės, apsimesdamas, kad viskas gerai, bet kai pradeda skųstis, gali būti jau per vėlu, todėl jei susiaurėja aortos vožtuvas, jį gydyti reikia nedelsiant: „Kai išryškėja simptomai, ligoniui laiko likę nedaug, reikia skubios pagalbos. O jei jam 85, 90 ar panašiai tiek metų, chirurgijos nauda tampa niekinė, nes garbaus amžiaus žmogus operacijos nebeatlaiko. Išeitis – perkateterinis aortos vožtuvo implantavimas. Pažangi technologija leidžia per šlaunies arteriją arba širdies viršūnę naudojant kateterį pasiekti užkalkėjusį ir susiaurėjusį aortos vožtuvą ir įtaisyti biologinį implantą. Dabar jų yra įvairių, jie įstatomi išpučiant balioną, gali būti ir savaime išsiplečiantys. Visos šios procedūros atliekamos nestabdant širdies darbo: šnekučiuodamiesi su pacientu įdedame jam vožtuvą. Kai pradėjome taikyti šį metodą 2009 m., užtrukdavome apie keturias su puse valandos, dabar užtenka valandos. Įprastai trečiadieniais atliekame po tris tokias procedūras, per metus per kateterį implantuojame 70 ar daugiau aortos vožtuvų labai didelės rizikos pacientams“, – pasakoja mokslininkas.

Pasak prof. A. Aidiečio, yra įvairių perkateterinių būdų gydyti triburio vožtuvo ligas, ir visas pasaulis bando tai daryti: „Triburis vožtuvas išsiplėtęs gali sukelti žmogui įvairių problemų. Mes pasiūlėme iš trijų burių padaryti dvi ir taip susiaurinti vožtuvo žiedą. Siekdami tai įgyvendinti daug kartų važiavome į Jungtines Valstijas, darėme eksperimentus, tobulinome specialų prietaisą. 2018 m. Vilniuje atlikta perkateterinė triburio vožtuvo žiedo plastika, pirmą kartą pasaulyje pritaikius MIA system technologiją. O planuose dabar – dar viena nauja pasaulyje neišbandyta technologija, leisianti per kateterį implantuoti triburį vožtuvą.“

Paklaustas, ką reiškia dalyvauti tyrimuose išbandant naujas pažangias technologijas, profesorius paaiškina: „Tik atlikę eksperimentus ir visiškai įsitikinę, kad nauja technologija puikiai veikia, išbandome ją su savo pacientais. Jei nebūsime garantuoti, kad ji pasiteisina, nė vienos procedūros nedarysime. Todėl mokslinės studijos mums puikiai sekasi, o visas pasaulis siekia, kad jose dalyvautume.“

Taikydami pasaulyje dar naują technologiją mūsų medikai per kateterį yra protezavę keliasdešimt tūkstančių kainuojantį mitralinį vožtuvą. „Paciento širdies skilvelis po infarkto buvo nukentėjęs, o ir dėl amžiaus jis tikriausiai įprastos operacijos nebūtų ištvėręs, bet dabar viskas jam klojasi puikiai, žmogui išgelbėta gyvybė. Nesakau, kad ir meistriškumas visai nebūtinas, bet technologija turi būti ir tobula, ir paprasta – tai medicinoje svarbiausia, kad klaidų būtų kuo mažiau“, – įsitikinęs patyręs medikas.

Šiuo metu atliekami tyrimai rengiant mokslinę studiją, skirtą Izraelyje sukurtai naujai užkalkėjusio aortos vožtuvo gydymo technologijai. „Vožtuvo net nereikia implantuoti – sukalkėjimai tam tikru įrankiu, vaizdžiai tariant, šiek tiek patraiškomi, o į miego arterijas įdedami tinkleliai, kad į smegenis nepatektų „šiukšlių“, – technologijos pranašumus dėsto prof. A. Aidietis. – Kol kas metodą taikėme vienam pacientui – rezultatas puikus, bet kadangi tai naujas gydymo būdas, nepuolame skubėti. Dar sunku prognozuoti, bet galbūt jis leis anksčiau pradėti gydyti užkalkėjantį aortos vožtuvą, nelaukiant sunkesnių padarinių. Esame dalyvavę studijoje, taip pat tiriančioje per kateterį implantuojamus aortos vožtuvus: už dyką gavome 45 vožtuvus, medikų kolektyvas išmoko efektyvių operacinių technikų, susibūrė sėkmingai dirbanti komanda. Ir kiek kartų sunkių pacientų gyvybę išgelbėjome, nes tiek labai geros kokybės vožtuvų Lietuva tikrai nebūtų įpirkusi. Aš čia matau didelę prasmę.“

Plakimas ateities ritmu

Skirtingai nuo išmaniųjų telefonų ar kitų technologijų, žmogaus širdies atnaujinti ir pakeisti į modernesnį modelį kasmet nepavyks. Tačiau pastarųjų dešimtmečių moksliniai tyrimai medicinos srityje rado būdų, kaip technologijos gali padėti plakančiai širdžiai, ją pavaduoti ir net sukurti alternatyvą donoro dovanotam organui. Pirmą kartą 1982 m. pacientui Barney Clarkui implantuota dirbtinė širdis naudoja įvairius išorinius maitinimo šaltinius ir siurblius, kurie pumpuoja kraują ir imituoja biologinės širdies skilvelių funkciją. Širdies ligų pacientus tokie dirbtiniai organai gelbsti jau daugybę metų, tačiau iki šiol jie implantuojami tik kaip laikina išeitis laukiant biologinės širdies persodinimo. Bandymai sukurti ilgaamžes dirbtines širdis bėgant metams sulaukė ir sėkmių, ir nepasisekimų, o didžiausias kliūtis kelia mechaniniai gedimai, infekcijos ir kraujo krešuliai. Ilgalaikį sprendimą kovoje su širdies ligomis tikisi pateikti biotechnologijų bendrovė „Carmat“. Dviem miniatiūriniais siurbliais aprūpinta „Carmat“ dirbtinė širdis atkartoja natūralų širdies plakimo ritmą – tai padeda užtikrinti išorinė baterija ir dirbtinio organo funkciją stebinti valdymo sistema. Ši širdis netgi automatiškai reaguoja į paciento fiziologinius poreikius. Vos tris kilogramus sverianti „Carmat“ širdis per klinikinius bandymus jau sėkmingai implantuota 5000 pacientų.

O jei dirbtines širdis pavyktų užauginti laboratorijoje arba, dar geriau, tiesiog išspausdinti? Trimatis (3D) spausdinimas ne tik tapo proveržiu gamybos pramonėje, bet ir atvėrė galimybes kurti implantuojamus biologinius organus. Šį metodą plėtojantiems mokslininkams jau pavyko išspausdinti įvairių kūno audinių mėginius, o prieš porą metų Tel Avivo (Izraelio) universiteto mokslininkų komanda tapo pirmąja, išspausdinusia visiškai susiformavusią širdį, turinčią funkcionalias kraujagysles.

Iš žmonių donorų paimtos kraujo ląstelės buvo perdarytos į kamienines ląsteles, o tada transformuotos į širdies raumenį sudarančias ląsteles. Jos buvo panaudotos biologiniam rašalui, iš kurio spausdintuvas išspausdino plakančią organo kopiją. Vis dėlto mokslui dar liko įveikti gerą kelio gabalą. Kol kas tyrėjų komandai pavyko išspausdinti tik daug mažesnį – graužiko širdies dydžio – organą. Nepaisant to, šis pasiekimas teikia vilčių, kad ateityje savo širdis aukojančių donorų nebeprireiks. O kol kas mokslininkams dar reikia įveikti keletą svarbių kliūčių: ne tik ištobulinti metodą, leidžiantį spausdinti žmogaus širdies dydžio organą, bet ir užtikrinti, kad ji plaks taip pat, kaip ir ta širdis, su kuria žmogus gimė.

Išmanieji marškinėliai

Idėja, kaip laiku pastebėti gyvybei pavojų keliantį širdies „sustreikavimą“, šiais metais sulaukė dėmesio ir su medicina nedaug bendro turinčiame projekte „Lietuvos garbė 2021“. Apdovanojimą „Metų išradimas“ pelnė Kauno klinikų darbuotojo dr. G. Mikulėno sukurti išmanieji marškinėliai, skirti visą parą fiksuoti informaciją apie paciento širdies veiklą. Jie galėtų būti itin naudingi, kai tenka riboti lankymąsi gydymo įstaigose. Gauti elektrokardiografijos duomenys siunčiami į gydytojo kompiuterį, o medikas nuotoliniu būdu gali matyti šią informaciją ir, pastebėjęs pakitimus, pacientą laiku paraginti kuo greičiau vykti į ligoninę. Tiesa, kol ši pasaulyje kol kas analogo neturinti naujovė bus įdiegta, jos dar laukia ilgas kelias.

Širdis ir skaičiai

9090 – kiekvieną dieną širdis išpumpuoja beveik tiek litrų kraujo.
96 560 kilometrų – ištiesinus visas kraujagysles, jomis Žemės rutulį galėtume apvynioti daugiau nei du kartus.
100 000 – vidutinės širdies dūžių skaičius per dieną.
200–425 g – suaugusiojo širdis gali sverti panašiai kaip futbolo kamuolys.
19 a. pradžia – Vilniaus universitete pradėta tirti širdies ligų priežastis, diagnostiką ir gydymą.
Per 190 – tiek širdies persodinimo operacijų atlikta mūsų šalyje.
250 – naujagimiai, kuriems kasmet Lietuvoje nustatoma įgimta širdies yda.
2001 m. – pirmą kartą Lietuvoje širdis persodinta vaikui, nuo tada atlikta 20 operacijų, jauniausiam pacientui – vos 3 mėn.
100 – mūsų šalies klinikose per metus atliekamų mitralinio vožtuvo protezavimų skaičius.
20 tūkst. – kraujotakos sistemos ligos Lietuvoje per metus pasiglemžia maždaug tiek gyvybių.

Rubriką „Ar žinai, kad mokslas be galo įdomus?“ remia Spaudos, radijo ir televizijos rėmimo fondas. Metinė paramos suma – 1500 Eur.

Daugiau įdomių ir aktualių straipsnių rasite žurnale „Savaitė“. Jį galite gauti tiesiai į savo namus – užsiprenumeravę arba skaityti elektroninę žurnalo versiją.