أبحاث رائدة لتطوير أنسجة توصيل الكهرباء في القلب

الرياض: د. حسن محمد صندقجي 

قصة جديدة من فصول البحث العلمي تلك التي نشرت تفاصيلها المجلة الأميركية لعلم الأمراض في عدد يوليو (تموز) الحالي، مفادها أن التجارب بلغت مراحل متقدمة بشكل متوسط المدى في هندسة بناء أنسجة تعمل على توصيل الكهرباء داخل القلب، أي لتسهيل سريان موجة شحناتها بين الحجرات الأربع للقلب. وتعتبر الفكرة التي نجح تطبيقها في الحيوانات، فكرة أقل ما يُمكن وصفها علمياً بأنها رائعة، لسبب بسيط ومهم في نفس الوقت، وهو أن تطبيقاتها العلاجية، في حال نجاح التجارب على قلب الإنسان، قد تعني استغناء نسبة عالية من مرضى اضطرابات كهرباء القلب عن عملية زراعة وتركيب جهاز تنظيم ضربات القلب.

وتشكل أنواع من حالات إما الانقطاع التام لتوصيل سريان شحنة الكهرباء من الأذينين من جهة إلى البطينين من جهة أخرى، أو اضطرابات توصيل الكهرباء داخل جدران احدى حجرات القلب، تهديداً لحياة من يعانون منها، لا مجال للتهاون في معالجتها.

والأسلوب الحالي في المعالجة يعتمد بشكل رئيسي على زراعة جهاز تنظيم القلب. ولأن هذه الأجهزة، برغم التقدم التقني المذهل حقيقة في صناعتها وزراعتها ومتابعة عملها في القلب، عرضة لأن تعتريها عدة مشاكل، بدءا من تعطلها أو خلخلة زراعة أقطابها داخل عضلة القلب أو نفاد مخزون بطاريتها وغيرها. لذا قد يضطر أطباء القلب إلي إعادة زراعتها عدة مرات، وبشكل خاص لدى الأطفال والمراهقين أو حتى كبار السن.

من هنا، فإن الباحثين من مستشفى الأطفال في بوسطن، وهو المستشفى التعليمي لجامعة هارفارد، قاموا بخطو خطوة مهمة نحو أسلوب علاجي جديد يعتمد علي استخدام خلايا من أنسجة نفس جسم المريض. وطوروا لأول مرة تقنية طرق هندسة بناء الأنسجة في صناعة أنسجة قادرة على توصيل الكهرباء بغية زراعتها في مناطق القلب التي فقدت أنسجتها الأصلية قدرتها على توصيل الكهرباء.

أنسجة حية بديلة

* وكان هدف فريق الباحثين، بإشراف الدكتور دوغلاس كاوان، الذي وصف جهد فريقه بأنه محاولة إنتاج أنسجة حية تعمل كبديل للأنسجة الحية في منطقة العقدة الأذينية البطينية، ويُمكن الاستفادة منها في حالات من تلفت لديهم هذه المنطقة من القلب، وتأثر توصيل كهرباء القلب من الأذينين إلي البطينين بالتالي لديهم. أو على أقل تقدير، زراعتها لتعمل كموصلة للكهرباء، ويبقى جهاز تنظيم ضربات القلب مكانه ليعمل عند قصور قدرتها فقط، الأمر الذي يطيل عمر عمل الجهاز متى ما تمت زراعته.

ولقد قام جراح القلب، الدكتور ييونغ ـ هوون تشاو، بأخذ جزء من عضلات جسم الفئران، وليس من عضلة القلب تحديداً. وعزل الباحثون منها أحد أنواع الخلايا في العضلات، وهي الخلايا العضلية الأولية، أي الخلايا العضلية الجنينية التي تتطور إلى خلايا ليفية عضلية بالغة. وعبر تقنيات هندسة بناء الأنسجة التي سبق لي عرضها في ملحق الصحة في «الشرق الأوسط» عند الحديث عن إنتاج المثانة وزراعتها قبل بضعة أسابيع، تم من هذه الخلايا العضلية الأولية إنتاج كتلة من الأنسجة الحية يُمكن زراعتها في القلب.

وعند اختبار قدرات هذه الكتلة من نسيج الخلايا القلبية في المختبر، أي قبل زراعتها في كائن حي، اتضح أنها قادرة على النبض، أي الانقباض ثم الانبساط، وذلك حينما تتم إثارتها بشحنة كهربائية. وأنها قادرة على إنتاج بروتين كوننيكسين الذي يسهل انتقال الأيونات من خلية لخلية، أي تسهيل سريان التيار الكهربائي فيما بين هذه الخلايا.

وقام فريق البحث بعد ذلك، بزراعة كتلة النسيج هذه من خلايا عضلة القلب، التي تم إنتاجها خارج الجسم، في داخل عضلة قلب الفأر، وتحديدا في المنطقة ما بين الأذينين والبطينين. وتبين أنها تأقلمت مع أنسجة القلب الموجودة بالأصل، وتناغم انقباضها وانبساطها معهم. ونمت لدى الثلث منها، قدرات توصيل الكهرباء، واستمرت قادرة على العمل طوال عمر الفأر البالغ، كما قال الباحثون في دراستهم حوالي 3 سنوات.

وعلل الدكتور كاوان، أخذ عينة العضلات من عضلات الجسم لا عضلة القلب مباشرة، بأن عضلات الجسم قادرة على تحمل ظروف نقص الأوكسجين أثناء تنميتها في المختبر بخلاف خلايا عضلة القلب الحساسة لنقص الأوكسجين.

ويعمل فريق البحث حالياً على إجراء نفس التجارب في حيوانات أكبر حجماً. كما ويعملون على اختبار أنواع أخرى من الخلايا البدائية كالخلايا الجذعية المستخلصة من العضلات أو نخاع العظم في إنتاج العضلات الموصلة للكهرباء.

كهرباء الحياة

* كهرباء القلب هي الحياة، ونظام كهرباء القلب شيء فريد، والحاجة إليه تنبع من أنه أصل حياة الإنسان. لأن الجسم بكل أعضائه يعتمد في حياته على استمرارية وانتظام وكفاءة القلب في ضخ الدم إليه. وهذه الصفات الثلاث لعملية ضخ الدم تعتمد أولاً و قبل كل شيء على استمرارية وانتظام وكفاءة عمل جهاز كهرباء القلب، أي قبل الحديث عن قوة عضلة القلب وسلامة صماماته ونظافة شرايينه.

ولتوضيح الأمر، فإن القلب مكون من أربع حجرات. اثنتان علويتان ببنية جدارية غير سميكة وضعيفة نسبيا تُسميان بالأذينين. والاثنتان الأخريان سفليتان ببنية جداريه سميكة وقوية تُسميان بالبطينين.

ويرد الدم إلى القلب من مصدرين ليتم ضخه إلي جهتين، فهو يرد من كامل الجسم، ما عدا الرئتين، إلى الأذين الأيمن. ويرد أيضاً من الرئة إلى الأذين الأيسر. وحينما ينقبض الأذينان سوياً وفي نفس الوقت تقريباً، يضخ كل منهما الدم الذي تجمع فيه إلى البطين الذي أسفل منه، أي من الأذين الأيمن إلى البطين الأيمن عبر الصمام الثلاثي، و من الأذين الأيسر إلى البطين الأيسر عبر الصمام المايترالي. ثم بعد هذا ينقبض البطينان في نفس الوقت تقريباً ليضخ كل منهما الدم الذي قدم إليه من الأذين الذي فوقه إلى الشريان الخارج منه. أي من البطين الأيمن إلي الشريان الرئوي عبر الصمام الرئوي كي تتم تنقية الدم من ثاني أوكسيد الكربون وتزويده بالأوكسجين في الرئة. ومن البطين الأيسر إلى الشريان الأورطي عبر صمام الأورطى، كي يتم نشر وتوزيع الدم إلى أعضاء الجسم بدءا من الرأس وحتى أخمص القدم مرورا بكل الأعضاء.

انقباض هذه الحجرات العضلية الأربع يتم تحت تأثير موجة من التيار الكهربائي، وبالتالي دفع الدم المتجمع في أي حجرة من حجرات القلب. ونظم انقباض الحجرات بالنظام الطبيعي لتتابع انقباض الأذينين ثم البطينين تتحكم فيه الآلية التي تسري بها شحنات التيار بدءا من مصدر إنتاجها وانتهاء بتوزيعها على الحجرات.

سريان الكهرباء

* ودعونا نتأمل التالي، ان مصدر التيار الكهربائي هو مولد ذاتي للكهرباء على هيئة عقدة من خلايا قلبية خاصة موجودة في أعلى الأذين الأيمن تُسمى بالعقدة الأذينية الجيبية. من هذه العقدة تصدر الكهرباء بشكل ذاتي روتيني ومتتابع ومنتظم. وتسري منه أولاً في الأذينين لتحفيزهما، حتى تصل إلى عقدة أخرى فيما بين الأذينين والبطينين تُسمى العقدة الأذينية البطينية. وتمتاز هذه العقدة بخاصية طبيعية تجعل مرور الكهرباء فيها يتأخر كي تُعطي فرصة للأذينين أن ينقبضا قبل أن يبدأ البطينان بالانقباض. وبعد هذا التأخير الطفيف والمقصود والمهم جداً، تتمكن شحنة التيار الكهربائي من الوصول إلي البطينين لتسري سريعاً في كل أرجائهما من خلال نظام توصيل كهربائي أشبه بالأسلاك الكهربائية. ومن ثم ينقبض البطينان ليضخا الدم كما تقدم.

من هنا، نلحظ ثلاثة أمور، يهمنا كلنا كأناس فهمها، ومرضى القلب على وجه الخصوص، وهي:

ـ مصدر الكهرباء الطبيعي، هو العقدة الأذينية الجيبية، وهي تُصدر عدداً من النبضات الكهربائية بإيقاع منتظم ودقيق يتراوح طبيعياً بين 60 إلي 100 مرة في الدقيقة. وحالات النقص أو الزيادة في العدد، أو اضطراب انتظام الإيقاع، قد تسبب في مشاكل للإنسان، لكنها ليست بالضرورة مهددة لحياته أو تتطلب معالجة، لأن منها ما هو طبيعي كما يحصل في زيادة عدد ضربات القلب عند بذل أي نوع من المجهود البدني أو الانفعال العاطفي أو ارتفاع حرارة الجسم أو الشعور بالألم أو تناول الكافيين. ومنها ما هو ناتج بشكل غير طبيعي لأسباب شتى، منها ما له علاقة بالقلب ومنها ما لا علاقة للقلب فيه كزيادة إفراز الغدة الدرقية.

ـ تأخير سريان التيار الكهربائي من الأذينين إلي البطينين في العقدة الأذينية البطينية هو أمر مهم أيضا. والاضطرابات هنا إما أنها سرعة في سريان الكهرباء من خلالها كما يحصل في حال وجود ممر آخر مجاور لهذه العقدة. أو بطء شديد لدرجة انقطاع التوصيل نتيجة تلف هذه العقدة بدرجات متفاوتة. وكلاهما يؤذي الإنسان في حالات مخصوصة.

ـ حينما لا تصدر الكهرباء من المولد الطبيعي، فإن مناطق أخرى في القلب تصبح قادرة على إصدار الكهرباء وبالتالي تسيطر على قوة وإيقاع انقباض القلب. والمشكلة حينما يختل التتابع الطبيعي لانقباض الأذينين ثم البطينين، أو أن عدد النبضات يرتفع أو ينخفض عن المعدل الطبيعي.

والضابط الأساس في تأثير اضطرابات الإيقاع هما أمران، إما أن تظهر أنواع تُبطئ انقباض القلب، أو أن تنشأ أنواع سريعة في مناطق خطرة غير مستقرة من أجزاء القلب. وفي كلا القسمين ربما لا يُصبح القلب قادرا على تزويد الأعضاء المهمة بالدم وحينها تظهر أعراض مثل الدوخة أو الإغماء أو سهولة الإعياء أثناء بذل المجهود. لكن قد لا تكون هناك أعراض برغم وجود نوع خطر منها.

ولذا، فإن فحص كهرباء القلب جزء أساس عند الشكوى من مثل هذه الأعراض أو عند وجود أنواع من أمراض القلب، خاصة أمراض الشرايين كالذبحة الصدرية أو جلطة القلب. ومرد الأمر فيها العرض والمتابعة لدى طبيب القلب ووسائل فحص الكهرباء لديه من تخطيط رسم القلب العادي، أو رصد نبضات القلب كلها في 24 ساعة، أو ما يُسمى جهاز الهولتر، أو اختبار تمييل الطاولة، أو اختبار جهد القلب مع رسم تخطيط كهربائه، أو الدراسة الدقيقة أثناء القسطرة لكهربائية القلب ككل. وهي كلها أو بعض منها، تجيب على كثير من الأسئلة المهمة عند وجود اضطرابات إيقاع النبض. وعلى ضوء ذلك تكون المعالجة إن لزمت، أو طمأنة الشاكي في حال عدم وجود ما يهدد الحياة أو أداء أعضاء الجسم لديه كالقلب والدماغ وغيرهما.

انقطاع التوصيل

* واحدة من أنواع اضطرابات إيقاع نبض القلب، هي اضطرابات تأخير توصيل التيار الكهربائي الساري من الأذينين إلى البطينين عبر العقدة الأذينية البطينية. وهي تأخذ ثلاث درجات، وفق شكل الإيقاع الظاهر على رسم تخطيط القلب أو نتائج رصد جهاز الهولتر للنبض خلال 24 ساعة.

ـ الدرجة الأولى: يحصل فيها مجرد تأخير أكثر مما هو حاصل بشكل طبيعي. ولا تسبب عادة أي أعراض، وتحصل لدى المراهقين أو الرياضيين المحترفين، أو مرضى الحمى الروماتزمية أو نتيجة لآثار بعض الأدوية. ويتطلب الأمر مراقبة طبية وإيقاف الأدوية غير الضرورية المسببة له.

ـ الدرجة الثانية: إما أن يزداد فيها مقدار التأخير لدرجة عدم توصيل شحنة كاملة إلى البطينين، أي ينقبض الأذينان فيما لا يتمكن البطينان من الانقباض. أو أن شحنة لا يتم توصيلها بشكل مفاجئ، أي في عدم وجود تدرج في طول التأخير. وبعضها قد يسبب أعراضا، وربما يتطور الأمر نحو الدرجة الثالثة. ولذا فإن الحاجة ربما تستدعي زرع جهاز تنظيم نبضات القلب، وفق ما يُشخصه الطبيب.

ـ الدرجة الثالثة لا يتم مرور الكهرباء فيها مطلقاً عبر العقدة هذه، فينقبض البطينان وفق تأثير العقدة الأذينية الجيبية، بينما ينقبض البطينان بوتيرة قليلة تحت تأثر مصادر أخرى في أحد أجزاء البطينين. وهي حالة تسبب أعراضاً تعكس تدني قدرة القلب على تلبية حاجة الجسم من الدم، كالدوخة أو الإعياء السريع مع بذل الجهد أو الإغماء. ويتطلب الأمر زراعة جهاز تنظيم ضربات القلب لو كانت الحالة ليست ناجمة عن أي اضطرابات في الجسم يُمكن تعديلها أو بإيقاف الأدوية المسببة له. والدراسة الجديدة تطرح فكرة ربما تكون بديلاً مستقبلياً لزراعة الجهاز هذا لأنها تحاول أن تنتج أنسجة تقوم بتوصيل الكهرباء بدل الأنسجة التي لم يعد بمقدورها ذلك.

احتياطات لضمان عدم التشويش على منظم ضربات القلب بعد زراعته

* تمتاز الأجهزة الجديدة لتنظيم ضربات القلب بأنها أكثر تعقيداً تقنيا وأصغر حجماً وأقدر على مقاومة التشويش من مصادر عدة لآلية وبرمجة عملها. ولذا، فإن اختلال أدائها بسبب تشويش المجالات الكهرومغناطيسية أقل. ومع ذلك فهناك احتياطات للابتعاد عن مصادر التشويش هذه تجب مراعاتها من قبل من تمت لهم زراعتها. والأصل سؤال طبيب القلب مباشرة حول هذه الاحتياطات لأنه يعلم أكثر من غيره عن نوع الجهاز الذي تمت زراعته والاحتياطات التي تطلبها الشركة المنتجة.

وتشير نشرات الأطباء من مايو كلينك إلي تأثير ما يلي:

ـ الهاتف الخلوي: بإمكان من تمت له زراعة الجهاز المُنظم أن يتحدث بالهاتف الخلوي، فهو آمن آنذاك. بيد أن من الأفضل تحاشي وضع الهاتف الخلوي مباشرة فوق منطقة زراعة الجهاز تحت الجلد، وتحديداً حينما يكون الهاتف مفتوحا أثناء المكالمة. ومن النادر أن يختل عمل الجهاز حينها، فيشعر المريض بشيء من التعب و الإرهاق المفاجئ نتيجة التباس الأمر على الجهاز ما بين موجات الهاتف وكهرباء القلب.

ـ أجهزة الكشف الأمني: كما في المطارات أو مداخل بعض المؤسسات والفنادق. لا يتسبب عادة المرور من خلال جهاز الكشف عن المعادن بأي مشكلة للجهاز ولا للمريض، لكن من الأفضل تحاشيها، والاستعاضة عنها بجهاز الكشف اليدوي مع مراعاة عدم اقترابه من منطقة زراعة الجهاز تحت الجلد. وعلى المريض حمل ما يثبت أن لديه جهاز تنظيم ضربات القلب.

ـ الأجهزة الطبية: حينما تستدعي الضرورة الطبية الخضوع لأجهزة تستخدم المجال الكهرومغناطيسي كجهاز تصوير الأشعة بالرنين المغناطيسي، أو تفتيت حصاة الكلى بصعق الموجات، أو كي مصادر النزيف الدموي أثناء العمليات، فمن المهم إخبار الطبيب بوجود مُنظم الضربات لتحاشي استخدامها.

ـ مولدات الطاقة: يُفضل البقاء بعيداً بحوالي قدمين من محولات الطاقة الكهربائية العالية أو غيرها من الأجهزة الصناعية القوية.

وهناك أجهزة لا تسبب أي مشاكل للجهاز كفرن الميكروويف، أو التلفزيون، أو أداة التحكم من بعد (الريموت كونترول)، أو الراديو، أو أجهزة الحلاقة الكهربائية.

الجهاز المُنظم للضربات: تقنيات عالية لمعالجة اختلال نظام كهربائية القلب

* لأسباب عدة قد يرى الطبيب ضرورة زراعة جهاز تنظيم ضربات القلب. وهو جهاز الكتروني يعمل بدلاً من مصدر التيار الكهربائي الطبيعي في القلب، أي العقدة الأذينية الجيبية، ويقدم نظاما جديدا لكهربائية القلب إما بشكل مستقل أو مسانداً لعمل نظام كهربائية القلب الطبيعي. ويتألف من جزأين رئيسيين:

ـ المولد الكهربائي. وهو أشبه بقرص صغير لا يتجاوز 3 سم طولاً و عرضاً وبضعة مليمترات سمكاً. ويحتوي علي بطارية ودوائر كهربائية في غاية التعقيد. ويعمل على تزويد القلب بالشحنات الكهربائية بوتيرة منتظمة ومتواصلة. وتتم برمجته أيضاً بطرق معقدة ليعمل وفق ما يراه الطبيب ضروريا للقلب، أي أن يعمل مثلاً بشكل متواصل أو حينما لا يتمكن القلب من إنتاج كهربائه فقط، وغير هذا من عناصر البرمجة. وعمر البطارية في كثير من الأنواع الحديثة يصل إلى عشر سنوات.

ـ أسلاك التوصيل. وهي ما يخرج من المولد ليستقر مثبتاً داخل عضلة إحدى حجرات القلب أو عدد منها. وتعمل الأسلاك على توصيل نبضة الشحنة الكهربائية إلى حجرة القلب لتنقبض، فمثلاً قد يرى الطبيب في حال فشل كلتا العقدتين أن يثبت سلكاً في الأذين الأيمن وسلكاً في البطين الأيمن، ولكلاهما تصدر نبضات متتالية من الشحنات الكهربائية تدفع الأذينين كي ينقبضا أولاً ثم البطينين كي ينقبضا ثانياً، وهكذا دواليك. وربما يثبت الطبيب سلكاً واحداً لأي من الأذينين أو البطينين، أو في كلا البطينين وذلك لغايات علاجية شتى بعضها لا علاقة له باضطرابات إيقاع النبض كضعف القلب الشديد مثلا.

وتتم زراعته اليوم غالباً في معامل قسطرة القلب على أيدي المتخصصين في كهربائية القلب من أطباء القلب عموماً. وتحت التخدير الموضعي للجهة العلوية اليمنى من الصدر غالباً، تتم زراعة المولد تحت الجلد، وتثبيت الأسلاك من جهتين، الأولى في داخل الأماكن المطلوبة من حجرات القلب من جهة، والثانية في المولد من الجهة الأخرى. وتتم برمجته واختبار نجاح تثبيته. وغالبا ما يخرج المريض في اليوم التالي إلي منزله.

ثم تتم بشكل دوري متابعته إما بالهاتف في المستشفيات المتقدمة أو بالحضور إلى المستشفى للتأكد من عناصر معينة تختبر كفاءة عمله وبطاريته.