Máy tim-phổi đã mở đường cho phẫu thuật tim hiện đại ra sao?

Ngày 6/5/1953, tim và phổi của Cecelia Bavolek được tạm dừng để bác sĩ khâu một lỗ thông bẩm sinh trong tim. Máu của cô được dẫn ra ngoài, nhận oxy rồi bơm trở lại cơ thể. Ca mổ cho thấy lời giải của một bài toán tưởng như nghịch lý: muốn sửa bên trong trái tim, bác sĩ phải tạm thay thế chính những chức năng đang giữ bệnh nhân sống. [1]

Thiết bị đảm nhận công việc ấy là máy tim-phổi do bác sĩ John Gibbon phát triển. Thành công không đến từ một khoảnh khắc lóe sáng đơn lẻ mà qua hơn hai thập niên thử nghiệm, cải tiến kỹ thuật và cả thất bại trên người. Ca mổ của Bavolek cũng gặp sự cố nguy hiểm, nhưng cô sống sót, chứng minh tuần hoàn ngoài cơ thể có thể tạo ra khoảng thời gian cần thiết cho phẫu thuật tim hở. [1]

Vì sao không thể đơn giản dừng tim để sửa?

Tim vừa là nơi cần can thiệp, vừa là chiếc bơm đưa máu đến não và các cơ quan. Phổi bổ sung oxy cho máu và thải carbon dioxide. Nếu tim ngừng mà không có hệ thống thay thế, tuần hoàn bị gián đoạn; nếu máu không còn đi qua phổi hoặc một bộ trao đổi khí, cơ thể cũng nhanh chóng thiếu oxy. Trong khi đó, một trái tim vẫn co bóp và chứa đầy máu khiến bác sĩ khó quan sát trực tiếp vùng tổn thương. [1]

Có thể hình dung đây là việc sửa một máy bơm đang cấp nước cho cả tòa nhà. Tắt máy giúp người thợ tiếp cận bộ phận bên trong, nhưng dòng nước phải được chuyển sang một đường vòng trước đó. Với cơ thể, đường vòng còn phức tạp hơn: nó không chỉ đẩy chất lỏng mà phải giữ cho máu tiếp tục trao đổi khí và lưu thông ở mức phù hợp. [1]

Bavolek đã phải lựa chọn điều gì?

Bavolek có một lỗ thông giữa hai buồng trên của tim. Một phần máu từ nhĩ trái rò sang nhĩ phải và quay lại phổi thay vì tiếp tục đi nuôi cơ thể. Khi 18 tuổi, cô khó thở lúc lên cầu thang, tim to và đôi khi đập bất thường. Sau các đợt nhập viện, bác sĩ nhận định lỗ thông cần được sửa, nhưng việc tiếp cận nó đòi hỏi phải kiểm soát hoạt động của tim trong lúc mổ. [1]

Cô được đưa ra hai phương án. Hạ thân nhiệt bằng chăn lạnh có thể làm chậm nhịp tim và giảm nhu cầu oxy, nhưng chỉ tạo một khoảng thao tác ngắn. Phương án còn lại là chuyển máu qua máy của Gibbon trong khi tim và phổi tạm ngừng chức năng. Cách thứ hai chưa từng đưa một bệnh nhân sống sót qua phẫu thuật bằng thiết bị này, song hứa hẹn cho ê-kíp nhiều thời gian hơn. Bavolek chọn dùng máy. [1]

Cỗ máy đảm nhiệm hai chức năng sống còn thế nào?

Máu ít oxy được rút khỏi hệ tĩnh mạch và dẫn vào bộ trao đổi khí. Trong thiết kế của Gibbon, máu chảy thành lớp mỏng trên các tấm lưới thép không gỉ, nhờ đó có thể nhận oxy và giải phóng carbon dioxide. Một máy bơm sau đó đưa máu trở lại hệ động mạch. Vòng tuần hoàn tạm thời nằm bên ngoài cơ thể này được gọi là tuần hoàn ngoài cơ thể, hay cardiopulmonary bypass. [1]

Máy không thực sự biến thành một trái tim và một lá phổi nhân tạo hoàn chỉnh. Nó chỉ thay thế tạm thời hai nhiệm vụ thiết yếu của các cơ quan ấy trong phạm vi cuộc mổ. Nhờ đường vòng này, máu không cần đi qua tim và phổi như bình thường, còn bác sĩ có thể làm việc trong một vùng mổ ít máu và tương đối yên. Đó là thay đổi quan trọng về điều kiện phẫu thuật, không chỉ là thêm một dụng cụ mới. [1]

Giữ cho vòng tuần hoàn hoạt động ổn định lại là một bài toán riêng. Máu cần được chống đông để không tạo cục trong đường ống, nhưng tác dụng chống đông phải có thể đảo ngược sau mổ. Máy bơm phải duy trì dòng chảy mà không làm tổn thương quá nhiều hồng cầu. Thể tích và độ axit của máu cũng cần được theo dõi, bởi trục trặc trong thiết bị có thể nhanh chóng ảnh hưởng đến toàn cơ thể. [1]

Một ý tưởng đã đi từ phòng thí nghiệm đến phòng mổ ra sao?

Gibbon hình thành ý tưởng vào năm 1930, sau khi chứng kiến một bệnh nhân thuyên tắc phổi qua đời. Ông nghĩ đến việc đưa máu sẫm màu ra khỏi cơ thể, bổ sung oxy rồi trả lại. Cùng Mary “Maly” Hopkinson, người sau này trở thành vợ và cộng sự của ông, Gibbon thử những hệ thống ban đầu trên mèo. Họ dần duy trì được con vật trong trạng thái tương đối bình thường dù máu không đi qua tim và phổi, rồi tiếp tục cải tiến thiết bị trên chó. [1]

Sau Thế chiến II, Gibbon hợp tác với các kỹ sư IBM. Họ bố trí nhiều tấm lưới song song để tăng diện tích trao đổi khí mà không làm thiết bị lớn đến mức chiếm cả căn phòng, đồng thời bổ sung cảm biến và nguồn điện dự phòng cho Model II. Máy vẫn phức tạp, đắt tiền và cần nhiều kỹ thuật viên vận hành. Điều đó cho thấy phát minh này là một hệ thống phối hợp giữa y học, cơ khí và giám sát, chứ không phải một chiếc bơm đơn lẻ. [1]

Lần dùng máy trên người trước Bavolek kết thúc bằng cái chết của một em bé 15 tháng tuổi. Thiết bị hoạt động như dự kiến, nhưng dị tật thực tế không nằm ở vị trí mà bác sĩ chờ đợi nên không thể được sửa trong cuộc mổ. Trường hợp này bộc lộ một giới hạn căn bản: tuần hoàn ngoài cơ thể có thể tạo thời gian và điều kiện thao tác, nhưng không thể bù cho chẩn đoán sai hoặc một tổn thương chưa được xác định đầy đủ. [1]

Vì sao ca mổ năm 1953 vẫn là một bước ngoặt?

Trong ca mổ của Bavolek, lượng heparin dùng để chuẩn bị máu hiến không đủ. Máu bắt đầu tạo bọt và tràn khỏi bộ trao đổi khí, áp lực tăng trong đường ống động mạch, còn dòng máu trở về cơ thể bị hạn chế. Khả năng cung cấp oxy suy giảm trong khi carbon dioxide tích tụ. Để rút ngắn thời gian, Gibbon bỏ kế hoạch dùng miếng vá và khâu trực tiếp lỗ thông; ê-kíp đồng thời bổ sung số máu hiến còn có thể huy động. [1]

Sau khi tách khỏi máy, huyết áp của Bavolek ổn định, nhưng tim cô bị rung và cần hai cú sốc điện. Chín giờ sau khi cuộc mổ bắt đầu, cô đã hoàn toàn tỉnh táo; 13 ngày sau, cô xuất viện trong tình trạng tốt. Hai bệnh nhân tiếp theo của Gibbon đều tử vong dù máy vận hành đúng, khiến ông ngừng sử dụng thiết bị. Các nhóm khác, trong đó có Mayo Clinic, tiếp tục sửa đổi thiết kế và kỹ thuật liên quan. [1]

Bởi vậy, ý nghĩa của ca mổ không nằm ở việc Model II đã trở thành một mẫu máy hoàn hảo để sao chép. Nó chứng minh rằng chức năng bơm máu và trao đổi khí có thể được chuyển tạm ra ngoài cơ thể đủ lâu để bác sĩ can thiệp bên trong tim. Những cải tiến về thiết bị, chẩn đoán và kỹ năng phẫu thuật sau đó mới giúp phương pháp được dùng rộng rãi. Bước ngoặt năm 1953 là sự xác nhận rằng cánh cửa ấy có thể mở, dù con đường phía sau vẫn còn nhiều rủi ro. [1]