قلب یکی از مهم‌ترین اندام‌های بدن است که اختلال در کارکرد آن می‌تواند به راحتی منجر به مرگ افراد شود. با پیشرفت علوم زیستی و هوش مصنوعی وسیله‌ای است که گردش خون و اکسیژن رسانی بدن انسان را در بازه‌های زمانی مختلف حفظ می‌کند. دو نوع اصلی قلب‌های مصنوعی، دستگاه قلب-شش(heart-lung machine) و قلب مکانیکی(mechanical Heart) هستند. در این مقاله از فنولوژی به معرفی و شرح ساختار انواع قلب‌های مصنوعی می‌پردازیم.
دستگاه قلب-شش(heart-lung machine)
دستگاه قلب-شش، یک پمپ مکانیکی است که با منحرف کردن خون از سیستم وریدی و انتقال آن از طریق لوله‌هایی به درون یک شش مصنوعی (oxygenator) و بازگرداندن آن به بدن، جریان خون و اکسیژن‌رسانی بیمار در طول عمل جراحی را حفظ می‌کند. دستگاه اکسیژن‌رسان (oxygenator) دی‌اکسید‌کربن را حفظ و اکسیژن را به خونی که به درون سیستم شریانی پمپ میشود، اضافه می‌کند. خونی که دوباره به درون شریان‌های بیمار پمپ میشود، برای زنده نگه داشتن دورترین نقاط بدن، با بیشترین نیازمندی (مانند: مغز،کلیه‌ها و کبد) نیز کافی است. برای انجام این کار، ۵ لیتر و یا بیشتر خون لازم است تا در هر دقیقه پمپ شود. زمانی که لازم نباشد قلب وظایف پمپاژ خود را انجام دهد، می‌تواند متوقف شود و جراح می‌تواند عمل قلب باز را انجام دهد؛ که می‌تواند شامل تعمیر دریچه‌ها و یا تعویض آنها، اصلاح عیوب داخل قلب و یا خون‌رسانی مجدد به شریان‌های مسدود شده باشد. اولین استفاده‌ی موفقیت آمیز بالینی از دستگاه قلب-شش توسط جراح آمریکایی، جان اچ گیبون در سال ۱۹۵۳ گزارش شد. در طول این عمل، که برای ترمیم نقص دیواره‌ی بین دهلیزی انجام گرفت، بای‌پس قلبی-ریوی از طریق یک دستگاه مجهز به اکسیژن‌ساز که گیبون آن را ساخته بود و یک پمپ غلتکی(roller pump) که توسط مایکل ای دی‌باکی، جراح آمریکایی توسعه یافته بود، صورت گرفت. از آن زمان به بعد دستگاه‌های قلب-شش به‌طور گسترده‌ای از طریق مجهز شدن به اکسیژن‌سازهای کوچکتر و پربازده‌تر و نیز قابل استفاده شدن برای کودکان و نوزدان تازه به دنیا آمده، توسعه یافتند.
قلب های مکانیکی (Mechanical Hearts)
قلب‌های مکانیکی که شامل قلب‌های مصنوعی (Artificial Hearts) و دستگاه‌های کمک بطنی (ventricular assist devices یا VADs) نیز می‌شوند، دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند جایگزین و یا کمک‌کننده عمل پمپاژ قلب در طولانی مدت باشند؛ همچنین مانع خسارت بیش از حد به اجزای خون شوند. کاشت یک قلب مصنوعی کامل نیازمند این است که هردوبطن قلب برداشته شوند. با این حال با استفاده از یک VAD که بتواند یکی از بطن‌های راست یا چپ را ساپورت کند، لازم نیست که کل قلب برداشته شود. قلب‌های مکانیکی را تنها زمانی که هیچ راه دیگری نباشد، مورد استفاده قرار می‌دهند. آنها ممکن است در مواردی هم‌چون احیای قلبی بعد از ایست قلبی، بهبودی از شوک قلبی بعد از عمل جراحی و در بعضی بیماران دارای بیماری‌قلبی مزمن، که منتظر اهداء قلب هستند، استفاده شود. بعضی اوقات قلب‌های مکانیکی به‌عنوان یک عضو دائمی در بیمارانی که برای دریافت قلب‌اهدایی واجد شرایط نیستند و یا برای بهبود قلب ضعیف خود بیمار استفاده میشود. هدف از آن، فراهم کردن یک سیستم ایمن و موثر است، تا به دریافت کننده این امکان را بدهد که به‌صورت آزادانه حرکت کند، تا بتواند کیفیت زندگی خود را بهبود دهد.
دستگاه‌های کمک بطنی(Ventricular Assist Device یا VAD)
دستگاه‌های کمک بطنی (VAD)، یکی از انواع قلب‌های مصنوعی طراحی شده برای کمک به پمپاژ خون حاوی اکسیژن یکی از بطن‌ها (در اینجا بطن چپ) از طریق آئورت به بافت‌های بدن است. پمپ، درون فضای خالی قفسه سینه قرار گرفته‌است، درحالی‌که منبع تغذیه و سیستم کنترلی آن در فضایی خارج از بدن قرار گرفته اند. یک VAD بطن چپ، خون حاوی اکسیژن را از بطن چپ به آئورت می‌ریزد. پمپ دستگاه در سمت چپ و بالای شکم یا سمت چپ قفسه‌ی سینه قرار گرفته است. یک لوله از پمپ خارج میشود و از پوست نیز عبور می‌کند و به سیستم کنترل آن که عملکرد پمپاژ را تنظیم می‌کند و نیز منبع تغذیه متصل میشود. پمپ‌های بادی (Pneumtic Device)، غشاها یا کیسه‌هایی دارند که با فشارهوا سعی می‌کنند خون را پمپاژ کنند؛ درحالی‌که دستگاه الکترونیکی از یک سیستم الکترومکانیکی برای تولید انرژی استفاده می‌کند. دستگاه‌های الکتریکی توسعه یافته‌اند، تا کاملا قابل نصب باشند و به یک لوله که از پوست خارج شود، نیاز نباشد. با این ابزارها، انرژی پمپ بین باتری‌های داخلی و خارجی که در تماس با پوست قرار دارند، منتقل میشود.
بیشتر قلب‌های مکانیکی دارای پمپ‌های گریز از مرکز، پمپ‌های ضربان‌دار paracorporeal، پمپ‌های بای‌پس قلبی-ششی(CPB) و پمپ‌های بالون داخل آئورتی(IABP) هستند. این پمپ‌ها یک فشار و جریان خون ضربان‌دار، مشابه عملکرد طبیعی قلب ایجاد می‌کنند؛ از طرف دیگر ابزار‌های کوچک‌تری که به‌عنوان پمپ‌های جریان محوری شناخته می‌شوند، جریان خون مداومی را به وسیله‌ی یک نوع موتور جت برقرار می‌کنند. یک تیم باتجربه، ابزار ویژه ای را که باید کاشته شود، با ارزیابی اندازه‌ی بیمار، مقدار پشتیباتی که قلب نیاز دارد و زمان مورد انتظار برای این پشتیبانی، انتخاب می‌کند. اولین استفاده‌ی موفقیت آمیز از قلب‌های مکانیکی در انسان، در سال ۱۹۹۶ توسط مایکل ای دی‌باکی انجام گرفت. بعد از جراحی که جهت تعویض آئورت و دریچه‌ی میترال بیمار انجام گرفته بود، یک VAD چپ نصب شد تا این امکان را به‌وجود آورد که بیمار از طریق دستگاه قلب-شش تغذیه شود. بعد از ۱۰ روز پمپاژ از طریق VAD، قلب بهبود می‌یابد و VAD را خارج کردند. در طول دهه‌ی ۱۹۷۰، مواد ترکیبی که کمک زیادی به پیشرفت قلب‌های مصنوعی دائمی می‌کردند، توسعه یافتند. یکی از این ابزارها که توسط فیزیک‌دان آمریکایی، رابرت کی جارویک طراحی شده‌بود، در یک جراحی که توسط جراح آمریکایی، ویلیام سی درویز انجام گرفت، درون بدن بیمار قرار داده شد. این دستگاه آلمینیومی-پلاستیکی، که به افتخار مخترع آن، جارویک-۷ نامیده شده، جایگزین هر دو بطن بیمار می‌شد. دو دیافراگم پلاستیکی که برای تقلید عمل پمپاژ طبیعی قلب استفاده میشود، از طریق یک کمپرسور خارجی که از یک شلنگ به ایمپلنت متصل‌اند، ضربان را نگه می‌داشتند. اولین گیرنده‌ی ماژول، توانست ۱۱۲ روز زنده بماند؛ اما به‌علت انواع مختلفی از مشکلات فیزیکی ناشی از ایمپلنت، در نهایت بیمار جان‌داد. بیماران بعدی اوضاع کمی بهتر و یا بدتری را گذراندند، بنابراین استفاده از جارویک-۷ متوقف شد. در سال ۲۰۰۱ یک تیم از جراحان آمریکایی اولین قلب مصنوعی مستقل را که AbioCOr نام داشت، نصب کردند. بیمار تا ۱۵۱ روز زنده ماند. نهایتا در سال ۲۰۰۸، یک قلب کامل مصنوعی توسط Carmet، شرکتی فرانسوی، که یک متخصص قلب و عروق با نام آلن کارپنتین آن را تاسیس کرده بود، توسعه یافت. این دستگاه با یک طراحی مخصوص از مواد بیوسنتز طراحی شده‌بود تا از ایجاد لخته‌ی خون جلو گیری کند و احتمال مشکلات ناشی از پس دادن سیستم ایمنی را، که با شرکت‌های AbioCor و جارویک-۷ پیش آمده بود، کاهش دهد. قلب شرکت Carmet همچنین از سنسورهایی برای تنظیم کردن فشارخون و ضربان قلب استفاده کرده بود. برنامه‌هایی برای تست ابتدایی این قلب ابتدا در گوساله‌ها و گوسفندها و سپس در انسان‌هایی با نارسایی‌هایی قلبی توسعه پیدا کرد.
