Kochleární implantáty

Po stopách průkopníků kochleárních implantátů

23. července 2021

Pohled do historie vývoje kompenzační pomůcky zvané kochleární implantát

Kochleární implantát se v České republice používá k rehabilitaci těžkých sluchových vad již tři desetiletí. Umožňuje uživatelům získávat sluchové vjemy a po dlouhodobé rehabilitaci rozumět mluvené řeči. Z jakých oborů, institucí a kontinentů pocházeli lidé, kteří stáli na počátku této unikátní technologie? Vydejme se spolu po jejich stopách.

Kochleární implantáty ve světě

Podle písemně doložených záznamů byly první elektrické stimulace ucha provedeny v první polovině 18. století. Vědecká literatura zmiňuje výzkumy britského malíře a badatele Benjamina Wilsona a nedávno publikované studie také aktivity italského vědce Giuseppe Verattiho z Boloni¹.

Fyzik Alessandro Volta prezentoval londýnské vědecké společnosti Royal Society v Londýně v roce 1800 svůj vynález – princip elektrického článku. Učinil také pokus o stimulaci vlastního ucha proudem o nízkém napětí.

Voltovu vynálezu elektrického článku předcházel názorový spor s věhlasným italským lékařem Luigim Galvanim z boloňské univerzity, který prováděl dlouholeté pokusy se žabími stehýnky a elektřinou a v roce 1791 vydal důležitý spis O elektrických silách. Byl přesvědčen, že objevil tzv. „živočišnou elektřinu“. Volta, působící na univerzitě v Pavii, na některé jeho pokusy navázal a zjistil, že ke škubání svalů není nutné, aby elektřina procházela daným preparátem jako vodičem. Stačí, aby svaly byly elektricky podrážděny a dají se samy do pohybu.²

Obr. 1: Alessandro Volta provádí pokus s elektrickým článkem

První kochleární implantát vymysleli a implantovali Francouzi André Djourno a Charles Eyriès, tato skutečnost je všeobecně uznávána. Tento originální výrobek využíval stimulaci pomocí jediného kanálu. Fyzik Djourno vyvinul zařízení pro vzdálenou stimulaci motorických nervů na počátku padesátých let a v roce 1957 ho chirurg Eyriès implantoval neslyšícímu pacientovi. Pacient slyšel zvuky a rozlišil i několik slov. Otolaryngolog Roger Maspétiol implantoval druhého pacienta v roce 1958. Na základě těchto experimentů Djourno předvídal využití mnoha funkcí, které se později skutečně staly součástí moderních kochleárních implantátů. Spolupráce tohoto týmu navzdory slibnému začátku brzy skončila a vědci se v roce 1959 kvůli mezilidským a etickým konfliktům rozešli³.

V roce 1961 představil kochleární implantát americký profesor William F. Housea implantoval ho zcela neslyšícímu člověku. Tělo pacienta nakonec implantát odmítlo. Po zdokonalení materiálu vytvořil House verzi s dlouhou životností a implantoval ji v roce 1969. Jeho práce je vnímána jako krok, který urychlil vývoj implantátů a vedl k lepšímu porozumění vnitřnímu uchu⁴.

Výzkum ukázal, že jednokanálové kochleární implantáty jsou omezeně použitelné, protože nemohou stimulovat různé oblasti kochley a rozlišovat mezi nízkou, střední až vysokou frekvencí, což je předpokladem pro správné rozpoznávání řeči⁵.

Francis Blair Simmonsová a Robert J. White ze Stanfordovy univerzity v USA implantovali v roce 1964 pacientovi šestielektrodový implantát⁶, k jeho komerčnímu využití však nedošlo.

Moderní vícekanálový kochleární implantát byl nezávisle vyvinut a komercializován dvěma samostatnými týmy – jedním vedeným australským chirurgem a profesorem otolaryngologie Graemem Clarkem z Univerzity v Melbourne a druhým v čele s rakouskými elektroinženýry Ingeborg Hochmairovou a jejím budoucím manželem Erwinem Hochmairem z Univerzity ve Vídni. Zařízení Hochmairových bylo poprvé implantováno v prosinci 1977 ve Vídni a Clarkovo v srpnu 1978. Tyto vícekanálové prototypy výrazně vylepšily vnímání řeči. Mnoho dnešních systémů odráží základní plán původních zařízení⁷.

Z návrhu profesora Graema Clarka se později vyvinul velmi rozšířený kochleární implantát Nucleus. V 80. letech došlo ke komercionalizaci kochleárního implantátu. V roce 1985 byl americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (Food and Drug Administration) schválen první multikanálový implantát pro léčbu dospělých pacientů.

Ačkoli vícekanálová zařízení rané generace posunula implantáty na vyšší úroveň, mnoho uživatelů stále nedokázalo porozumět mluvenému slovu bez kontextu nebo vizuální podpory. Přes tuto překážku je katapultoval další skok ve vývoji technologie. V roce 1991 Blake S. Wilson, působící tehdy na půdě Research Triangle Institute v Severní Karolíně, představil novou strategii zpracování řeči, metodu známou jako CIS (Continuous Interleaved Sampling), která se stala základem stimulace všech moderních typů kochleárních implantátů. Dnes může většina lidí s kochleárními implantáty používat mobilní telefon a vést rozhovor v relativně klidném prostředí. Další pokroky směřují k pomoci uživatelům plně ocenit hudbu a porozumět tónům.⁷

Vývoj u nás

V tehdejším Československu se první kochleární implantace uskutečnila v lednu roku 1987 na Klinice otorinolaryngologie a chirurgie hlavy a krku 1. fakulty všeobecného lékařství Univerzity Karlovy v Praze a provedli ji profesor Jan Betka a asistent doktor Jaroslav Valvoda.

Dospělému ohluchlému pacientovi byl voperován tuzemský výrobek – jednokanálová kochleární neuroprotéza pouzdřená v epoxidové pryskyřici s elektrodami z tuzemské platino-iridiové slitiny. Implantát vyvinula výzkumná skupina odborníků z Laboratoře elektronických smyslových náhrad, kterou v roce 1984 jako pracoviště Československé akademie věd založil docent inženýr Jaroslav Hrubý (otec neslyšící dcery a spoluzakladatel tehdejší Federace rodičů a přátel sluchově postižených, dnes CDS Tamtam – pozn. redakce). Problémem tohoto výrobku však byla jeho krátká životnost. Elektroda zhotovená z tuzemského platinového drátku praskala a epoxidové pouzdro nasákalo. Proto byl implantát překonstruován a byl navržen unikátní integrovaný obvod pro vícekanálový implantát s titanovým pouzdrem. Avšak do dalšího osudu tohoto českého výrobku zasáhly politické změny. Po sametové revoluci zanikl výrobce implantátu – společnost Tesla Valašské Meziříčí. Tak skončilo první období práce vědeckého týmu, který se sice ocitl ve slepé uličce, ale získal mnoho zkušeností a odborných znalostí, na něž mohl navázat.⁸

Stalo se tak v roce 1992, kdy tým pod hlavičkou Českého vysokého učení technického začal spolupracovat s australskou firmou Cochlear, která byla již tou dobou uznávaným výrobcem kochleárních implantátů a nabízela spolehlivý 22kanálový implantát Nucleus 22. Ten byl v roce 1992 implantován prvnímu českému pacientovi v Hannoveru, chlapci, který přišel o sluch po zánětu mozkových blan. Operaci provedl profesor Ernst Lehnhardt. O rok později již v Praze na Otolaryngologické klinice 2. LF UK FN Motol vznikl Program kochleárních implantátů u dětí, u jehož zrodu stál chirurg Zdeněk Kabelka.

Počátky implantačního programu u dětí

Na nelehké počátky tohoto programu zavzpomínal docent Zdeněk Kabelka u příležitosti 20. výročí jeho založení v brožuře vydané organizací SUKI:

„Počátky implantačního programu byly velmi obtížné. Úhradu první implantace v Hannoveru provedl sponzor. Prostředky na další implantace sbírali rodiče postižených dětí přes nadační fond. To umožnilo zavést přístroj dalším čtyřem dětem. Koncem roku 1994 získala klinika grant IGA MZ ČR na implantaci devíti dětí. Na jeden implantát přispělo darem město Heidelberg. Na základě vynikajících výsledků se v září 1995 připojila svou podporou Všeobecná zdravotní pojišťovna a posléze postupně i ostatní pojišťovny. V roce 1999 byl pracovišti dětské ORL přiznán Ministerstvem zdravotnictví ČR statut Centra kochleárních implantací u dětí v České republice. Na základě celosvětových zkušeností byla vypracována kritéria pro implantace dětí a dospělých⁹.“

Pacientům v České republice v současnosti nabízí své služby šest implantačních center – dvě v Praze, dvě v Brně a další v Ostravě a Hradci Králové. Čtyři z nich se zaměřují na péči o dětské pacienty (viz článek Centra kochleárních implantací pozn. redakce).

Na našem trhu působí tři společnosti vyrábějící kochleární implantáty – Advanced Bionics z USA, Cochlear Limited z Austrálie a MED-EL z Rakouska.

Princip kochleárního implantátu

Kochleární implantace je operační výkon, při kterém je do hlemýždě ve vnitřním uchu zaveden svazek elektrod. Ten nahrazuje funkci vláskových buněk vnitřního ucha tím, že přímo vydává impulzy, které jsou dále vedeny sluchovým nervem do sluchových center v mozkové kůře.

Obr. 2: Schéma kochleárního implantátu

Implantát se skládá ze dvou částí (viz obrázek 1). Na vnitřní implantovanou část, jež se nachází pod kůží za uchem, se pomocí magnetu přicvakne vnější část (procesor), která zachytí zvuky, zpracuje je a přenese pomocí cívky do vnitřní části kochleárního implantátu. Obě části spolu přes kůži komunikují. Když se pacientovi po operaci zapojí vnější část implantátu, neslyší hned celé pásmo zvuků. Nastavování procesoru probíhá opakovaně. Elektrody se musí zapojovat postupně, než je uživatel schopen vnímat vše, co může slyšet běžné lidské ucho.

Součástí moderních typů implantátů je také dálkový ovladač procesoru (dálkový ovladač není na obr. – pozn. redakce). K implantátu je možné připojit i externí zařízení jako MP3 přehrávač, iPod, FM zařízení, televizi, mobilní telefon, herní konzoli nebo indukční smyčku.

Zdroje:

1) Marchese-Ragona R., Pendolino A. L., Mudry A., Martini A., Otol Neurotol. 2019 Mar;40(3):404-406

2) Králová, M., Alessandro Volta, edu.techmania.cz/encyklopedie

3) Seitz R., Phillip, French origins of the cochlear implant, Cochlear Implants Int. 2002 Sep;3(2):77-86

4) Martin, Douglas, Dr. William F. House, Inventor od Pioneering Ear-Implant Device, Dies at 89, The New York Times, 15. 12. 2012.

5) Graeme, Clark (2009). The multi-channel cochlear implant: past, present and future perspectives, Cochlear Implants International, 10 Suppl 1: 2–13.

6) Mudry, A; Mills, M. (May 2013), The early history of the cochlear implant: a retrospective, JAMA Otolaryngology–Head & Neck Surgery, 139 (5): 446–53.

7) 2013 Lasker~DeBakey Clinical Medical Research Award: Modern cochlear implant, The Lasker Foundation, 14. 7. 2017.

8) Křesťanová, Lucie (2001), Jak se probouzí sluch, Gong 4, 96–97.

9) Kabelka, Zdeněk, 20 let kochleárních implantací u dětí v ČR, Můj život s uchem, 8-11, SUKI 2013

Autorka: Ing. Lucie Křesťanová, šéfredaktorka časopisu Dětský sluch

Obrazové materiály: obr. 1: Wikkimedia Commons (Alessandro Volta provádí pokus s elektrickým článkem, litografie neznámého autora, z knihy Angela Usigliho Dějiny Itálie, 1864, Florencie), obr. 2: Schéma kochleárního implantátu, společnost MED-EL & AudioNIKA , fotografie archiv CDS Tamtam