Paru-Paru Buatan Selamatkan Nyawa Pasien Kritis Menjelang Transplantasi

MANUSIA tentu saja tidak dapat hidup tanpa paru-paru. Namun selama 48 jam, di ruang operasi di Universitas Northwestern, seorang pria berusia 33 tahun hidup dengan rongga kosong di dadanya tempat paru-parunya dulu berada.

Ia tetap hidup berkat alat buatan yang dirancang khusus yang merupakan upaya terakhir yang putus asa dari para dokternya. Perangkat keras khusus tersebut memecahkan teka-teki fisiologis yang membuat pneumonektomi bilateral, pengangkatan kedua paru-paru, sangat berisiko sebelumnya.

Sistem paru-paru buatan ini dibangun oleh tim Ankit Bharat, seorang ahli bedah dan peneliti di Northwestern, Amerika Serikat. Sistem ini berhasil membuat pasien yang sakit kritis tetap hidup cukup lama untuk memungkinkan transplantasi paru-paru ganda, untuk sementara mengganti seluruh sistem paru-parunya dengan pengganti sintetis. Sistem ini menciptakan cetak biru untuk menyelamatkan orang-orang yang sebelumnya dianggap tidak memiliki harapan oleh tim transplantasi.

Paru-paru yang Meleleh

Pasien tersebut adalah seorang pria berusia 33 tahun yang dulunya sehat. Ia tiba di rumah sakit dengan Influenza B yang diperparah oleh infeksi sekunder yang parah dari Pseudomonas aeruginosa, bakteri yang dalam kasus ini terbukti resisten bahkan terhadap karbapenem antibiotik pilihan terakhir.

Kombinasi infeksi tersebut memicu sindrom gangguan pernapasan akut (triggered acute respiratory distress syndrome/ARDS), suatu kondisi di mana paru-paru menjadi sangat meradang dan dipenuhi cairan sehingga oksigen tidak dapat lagi mencapai darah.

Dalam kasus ini, infeksinya bersifat nekrotik sel-sel di paru-paru mati, mengubah jaringan paru-parunya menjadi cairan. Para ahli bedah menghadapi pilihan yang tampaknya mustahil. Pasien membutuhkan transplantasi untuk bertahan hidup, tetapi ia mengalami syok septik refrakter.

Ginjalnya berhenti berfungsi, dan jantungnya melemah hingga berhenti total tak lama setelah dirawat di rumah sakit. Para dokter harus menyelamatkannya dengan CPR. Ia terlalu sakit untuk transplantasi, namun organ-organ yang perlu diganti justru merupakan sumber infeksi yang memicu penurunan kondisinya.

“Ketika infeksinya sangat parah hingga paru-paru meleleh, paru-paru tersebut rusak secara permanen,” jelas Bharat. “Saat itulah pasien meninggal,” tambahnya dikutip dari laman Arstechnica.

Masalah Dada Kosong

Untuk menyelamatkannya, tim Bharat harus mengangkat paru-paru yang terinfeksi, sebuah prosedur yang disebut pneumonektomi bilateral, untuk menghilangkan sumber sepsis. Ada mesin yang dapat mengoksigenasi darah. Tetapi mengangkat kedua paru-paru menciptakan masalah mekanis yang mematikan bagi jantung.

Jantung manusia adalah dua pompa dalam satu. Sisi kanan, yang disebut sirkuit paru-paru, memompa darah miskin oksigen yang kembali dari tubuh ke paru-paru, yang menghilangkan karbon dioksida dan mengisinya dengan pasokan oksigen segar.

Sisi kiri, yang dikenal sebagai sirkuit sistemik, menerima darah yang baru dioksigenasi dan memompanya ke seluruh tubuh. Jaringan pembuluh darah paru-paru, semua pembuluh kecil yang membentang bermil-mil di dalam paru-paru, memfasilitasi pertukaran gas ini. Tetapi ia juga bertindak sebagai kapasitor, menyerap tekanan dan volume darah yang dikeluarkan oleh ventrikel kanan.

Jika paru-paru diangkat dan arteri pulmonalis ditutup begitu saja, ventrikel kanan tidak memiliki tempat untuk memompa akan mengalami lonjakan tekanan yang sangat besar secara tiba-tiba, mengembang seperti balon, dan gagal dalam hitungan menit. Pada saat yang sama, sisi kiri jantung tidak akan menerima aliran darah kembali, yang menyebabkan kolaps total tekanan darah dan sirkulasi sistemik.

Inilah alasan mengapa sebagian besar transplantasi paru-paru ganda dilakukan secara berurutan: Ahli bedah mengganti satu paru-paru, membuatnya berfungsi, dan kemudian melanjutkan ke paru-paru kedua. Tetapi situasi darurat membutuhkan tindakan darurat.

Garis Pertahanan Terakhir

Dalam kasus langka di mana kedua paru-paru harus diangkat sekaligus, pasien masih dapat didukung oleh Oksigenasi Membran Ekstrakorporeal (Extracorporeal Membrane Oxygenation/ECMO), paru-paru mekanis yang mengambil darah dari tubuh, menghilangkan karbon dioksida, menambahkan oksigen, dan memompanya kembali.

Masalahnya adalah, meskipun ECMO dapat mendukung seseorang hingga lebih dari satu tahun ketika paru-parunya masih berada di dalam tubuh, risiko penggunaannya meningkat drastis ketika paru-paru diangkat.

Rongga dada yang kosong menciptakan kekosongan tempat darah dan cairan dapat berkumpul, yang menyebabkan pendarahan internal yang hebat. Jantung, yang bergantung pada keberadaan fisik dan tekanan paru-paru untuk mempertahankan posisi anatomi yang tepat, dapat bergoyang atau kolaps.

Terakhir, sirkulasi darah melalui mesin yang kompleks secara signifikan meningkatkan risiko stroke atau pembekuan darah.

Karena semua risiko ini, ahli bedah selalu menganggap pengangkatan kedua paru-paru sebagai garis pertahanan terakhir, yang hanya dapat mereka andalkan untuk waktu yang singkat, semakin singkat semakin baik. Namun, Bharat dan rekan-rekannya harus mempertahankan pasien mereka dalam kondisi ini sampai sepsis telah ditangani.

Bagi tim, tidak cukup hanya menjaga pasien tetap hidup tanpa paru-paru di tubuhnya sampai transplantasi tiba. Dalam keadaan tanpa paru-paru ini, mereka harus meningkatkan kesehatannya.

Paru-paru Sintetis

Untuk mewujudkan hal ini, tim Bharat merekayasa sebuah perangkat yang mereka sebut “sistem paru-paru buatan total ekstrakorporeal adaptif aliran” (total artificial lung system/TAL), sebuah sirkuit kompleks yang dirancang untuk meniru fisika organ yang hilang. Intinya adalah pompa dan oksigenator yang dipinjam dari pengaturan ECMO standar, tetapi juga menggunakan empat komponen baru untuk menggantikan fungsi biologis.

Yang pertama adalah kanula dual-lumen, pada dasarnya sebuah tabung tunggal dengan dua saluran terpisah di dalamnya. Dimasukkan melalui vena jugularis interna, tabung ini bertindak sebagai saluran pembuangan utama. Ini memungkinkan tim untuk menarik darah yang kekurangan oksigen langsung dari sisi kanan jantung, mengurangi beban ventrikel kanan untuk mencegahnya mengembang.

Komponen kedua adalah sesuatu yang disebut para peneliti sebagai shunt adaptif aliran, yang menghubungkan arteri pulmonalis kanan kembali ke atrium kanan.

Ketika ventrikel kanan memompa lebih banyak darah daripada yang dapat ditangani oleh pompa eksternal, kelebihan darah akan dengan aman bersirkulasi kembali ke atrium melalui jalur resistensi rendah ini, melindungi jantung dan staples bedah dari lonjakan tekanan.

Selama 48 jam pasien didukung oleh TAL, shunt ini mengatur sendiri alirannya antara 1,1 dan 6,3 liter per menit, berdasarkan kebutuhan pasien. Untuk memastikan sisi kiri jantung tetap penuh dan aktif, tim menggunakan perangkat yang disebut dual left atrial return.

Perangkat ini terdiri dari dua cangkok 10 mm yang mengembalikan darah beroksigen dari paru-paru buatan ECMO langsung ke atrium kiri. Hal ini, kata tim dalam sebuah makalah yang menjelaskan perangkat keras tersebut, mempertahankan apa yang disebut fisiologi Starling: prinsip bahwa jantung memompa lebih baik ketika terisi dengan benar. Hal ini juga mencegah darah dari stagnasi dan pembentukan gumpalan di dalam bilik jantung.

Terakhir, untuk mencegah jantung bergeser secara fisik dan merusak pembuluh darah vital di rongga dada yang kosong, para ahli bedah menggunakan perikardium sapi untuk merekonstruksi kantung pelindung jantung dan mengisi ruang kosong tersebut dengan pengembang jaringan dan spons bedah.

Tanpa Paru-paru

Hasil dari menghubungkan pasien ke TAL yang hasilnya langsung terlihat. Dalam beberapa jam setelah operasi, syok septik pasien mulai mereda. Kadar laktatnya, penanda utama kekurangan oksigen jaringan, turun dari 8,2 mmol/L yang berbahaya menjadi tingkat normal kurang dari 1,0 mmol/L dalam waktu 24 jam. Obat-obatan yang digunakan untuk menjaga tekanan darahnya tetap tinggi dihentikan setelah hanya 12 jam.

Selama dua hari, pasien hidup sebagai manusia tanpa paru-paru, distabilkan oleh mesin yang bernapas dan menyeimbangkan sirkulasinya dengan presisi bedah. Ketika paru-paru donor tersedia 48 jam kemudian, tubuh pasien tidak lagi menderita sepsis.

Ia siap untuk transplantasi, yang berhasil dilakukan oleh tim. Dan setelah memasang paru-paru baru, mereka fokus pada paru-paru yang telah mereka angkat. hay