Willem Johan "Pim" Kolff (1911-2009)
Dr. Hermann Michael Biggs’in (1859–1923) de vurguladığı gibi, insan bedeni yedek parçası olmayan tek makinedir. Bu kırılganlık karşısında insan, tarih boyunca eksiklerini tamamlamak ve sınırlarını aşmak için durmaksızın yeni yollar aramıştır. Başlangıçta bu arayış, kaybedilen bir uzvu yeniden yerine koyma ihtiyacından doğmuş; zamanla yapay organların geliştirilmesine kadar uzanan bir teknoloji yolculuğuna dönüşmüştür.
Günümüzde bu hedef, yalnızca eksiklikleri gidermekle sınırlı kalmayıp mevcut kapasiteleri artırma ve geliştirme amacına evrilmiştir. İnsan artık sadece kaybettiğini yerine koymakla yetinmiyor; sahip olduklarını daha güçlü, daha verimli ve daha dayanıklı hale getirme peşinde koşuyor. Bu sürekli ilerleme arzusu, doğal dengeyi gözeterek ve etik sınırlar içinde sürdürüldüğünde, insanlık için benzersiz fırsatlar ve umut verici ufuklar sunmaktadır.
Kolff’un geliştirdiği ilk yapay organ olarak kabul edilen diyaliz makinasına geçmeden önce bu yapay organ alandaki tarihsel sürece şöyle özetle bir göz atalım.
Yapay Organların Özet Tarihçesi
Protezler: Bu arayışın kökenleri, günümüzden 3000 ila 4000 yıl öncesine, Mısır ve Etrüsk uygarlıklarında takma dişler, tahta ayak parmakları ve basit protez gibi ilkel girişimlere dayanır. Bilinen en eski örnekler arasında M.Ö. 2500 yılına ait yapay ayak parmakları ve M.Ö. 1500 yılına ait tahta dişler yer alır. Bu bulgular, insanlığın mevcut imkanlarıyla bedensel kayıpları giderme çabasının ilk izlerini taşımaktadır.
Peki, yapay organ tam olarak nedir? Bu kavramı kapsamlı bir şekilde tanımlayan isimlerden biri, yapay organlar ve doku mühendisliği alanında öncü araştırmacı olan Pierre Michel Galletti'dir (1927–1997). Galletti, 1995 yılında önerdiği tanımda yapay organı şöyle betimlemiştir: "Yapay bir organ, vücudun eksik, hastalıklı veya başka bir şekilde yetersiz bir bölümünü geçici veya kalıcı olarak değiştirmek, çoğaltmak ya da işlevsel olarak artırmak amacıyla tasarlanmış, insan yapımı bir cihazdır; bu cihaz, canlı doku ile biyolojik olmayan bir malzeme arasında bir arayüz gerektirir."
Günümüzde hızla ilerleyen teknolojiler, yapay organ anlayışını hücresel düzeylere indirgemekte; nanoteknoloji, biyomalzeme bilimi ve yapay zeka gibi alanlardaki gelişmeler bu alandaki sınırları sürekli yeniden tanımlamaktadır.
Yapay organlara uzanan bu tarihsel yolculuğun erken basamaklarında, antik uygarlıkların protez girişimlerinin ardından ilginç bir şekilde tersine mühendisliğe benzer bir yaklaşımla ilerlenmiştir.
M.Ö. 1000'ler Kan Akıtma: Antik Mısır'da rahipler, çeşitli hastalıkları tedavi etmek için kan akıtma yöntemine sıkça başvuruyorlardı. Bu uygulama, günümüzdeki “eksiklikleri tamamlama” mantığının tam tersine, vücuttan “fazla” olduğuna inanılan kanın akıtılmasıyla şifa arayışına dayanıyordu. Zamanla bu yöntem, Hümoral Tıp teorisinin temel direği haline geldi. Bu teoriye göre, vücuttaki dört ana sıvının—kan, sarı safra, kara safra ve balgam—dengesi bozulduğunda hastalıklar ortaya çıkıyordu. Şifacılar, bu dengeyi yeniden kurmak için “fazla” veya “kirli” kabul ettikleri kanı akıtarak bedeni arındırmaya çalışırlardı.
Bu arkaik –hatta çağ dışı– tedavi yönteminin popülaritesinin, modern bilimin yükselişiyle bile şaşırtıcı derecede uzun sürdüğünü bilmek hayret vericidir. Zira kan akıtma, etkisizliği ve tehlikeleri kanıtlanmasına rağmen, 19. yüzyılın sonlarına kadar Batı tıbbının en yaygın uygulamalarından biri olarak kaldı.
1748 - Elektriksel Uyarının Doğuşu: Cenevreli fizikçi ve matematikçi Jean Jallabert (1712–1768), elektriğin kas kasılmaları üzerindeki etkilerini inceleyen ilk bilim insanlarından biri olarak tarihe geçti. Elektriği yalnızca bir fiziksel fenomen olarak değil, aynı zamanda fizyolojik bir araç olarak ele alan Jallabert, felçli 52 yaşındaki bir hastanın koluna statik elektrik jeneratörü uygulayarak hareket kazandırmayı başardı. Bu deney, ona dönemin bilim çevrelerinde büyük bir ün kazandırmakla kalmadı; aynı zamanda elektroterapinin ilk klinik denemesi olarak kabul edildi.
Jallabert’in çalışmaları, uzuvların eklemli hareketlerini fizyolojik olarak haritalama yönünde önemli bir adım olsa da, elektroterapiye duyulan umutlar kısa sürede sarsıldı. Bilimsel kanıtların yetersizliği, yöntemin yan etkileri ve abartılı beklentiler, elektroterapinin güvenilirliğini zedeledi. Cilt yanıkları, kas spazmları ve hatta kalp ritim bozuklukları gibi ciddi riskler, hem doktorların hem de hastaların bu yönteme olan güvenini azalttı. Sonuç olarak, Jallabert’in uygulamaları kalıcı tedaviler sağlamadı, ancak elektroterapinin potansiyelini ortaya koyarak sonraki araştırmalara zemin hazırladı.
Yaklaşık bir yüzyıl sonra, Fransız nörolog Guillaume-Benjamin Duchenne (1806–1875), elektroterapiyi sistematik bir biçimde klinik uygulamalara taşıyan isim oldu. Duchenne, kasların elektrikle uyarılması yoluyla hem fizyolojik haritalama yaptı hem de çeşitli nöromüsküler hastalıkları tanımladı. En bilinen katkısı, bugün kendi adıyla anılan Duchenne Musküler Distrofisi (DMD) hastalığını tanımlamış olmasıdır. Duchenne’in çalışmaları, elektroterapiyi yalnızca tedavi aracı olarak değil, aynı zamanda tanı ve bilimsel gözlem yöntemi olarak da konumlandırdı.
Günümüzde elektroterapi, fizyoterapi alanında transkutanöz elektriksel sinir stimülasyonu (TENS) gibi kontrollü ve güvenli formlarla sınırlı olarak kullanılmaktadır.
1812 - Vücut Dışı Kan Dolaşımı Fikrinin Doğuşu: Vücut dışı dolaşım kavramı, yapay organlar ve organ naklinde devrim niteliğinde bir dönüm noktasıdır. Bu vizyonun temelini atan isim, “Kralı gelse tanımam” dedirten, 1500 yıl boyunca zirvede kalıp tıbba yön veren Galen'in (M.S. 129–216) “kan sürekli üretilir ve kullanılır" şeklindeki "fazla kan" teorisini çürüterek Galen’i tahtından indiren İngiliz doktor, fizyolog ve hekim William Harvey (1578–1657) oldu. Harvey, 1628'de yayımladığı eserinde vücut içi dolaşım sistemini tanımladı; kanın kapalı bir sistem içinde dolaştığını ve kalbin bu dolaşımın merkezi olduğunu bilimsel deneylerle kanıtladı. Bu keşif, kanı Galen'e göre sadece akciğerleri ısıtan bir "ısıtıcı" ve ruh taşıyıcısı olmaktan çıkarıp, oksijen ile besin taşıyıcısı olarak hayati bir role dönüştürdü. Yaklaşık 184 yıl sonra, Fransız doktor ve fizyolog César Julien Jean Legallois (1770–1814), Harvey'in bu temelini alıp vücut dışı kan dolaşımını hayal ederek yapay bir geleceğe taşıdı.
Legallois, 1812'de tavşanlar üzerinde gerçekleştirdiği viviseksiyon deneylerinde (yani hayvanları kesip biçerek incelediği işlemlerinde), "hayatın merkezi"ni, solunum ve kalp gibi hayati fonksiyonların beynin değil, medulla oblongata (omurilik soğanı) tarafından kontrol edildiğini ortaya koydu. Hayvanların başlarını ve uzuvlarını keserek ölümün aşamalarını gözlemledi; örneğin, bir tavşanın kesik başlı gövdesinin 5,5 saate kadar solunum yapabildiğini not etti. Bu bulgular, ölümün anlık değil aşamalı bir süreç olduğunu ve yapay destekle kısmi fonksiyonların sürdürülebileceğini gösterdi.
Legallois'in en çarpıcı öngörüsü ise, kalp fonksiyonunu yapay bir enjeksiyon sistemiyle tamamen değiştirebilme fikriydi. Eserinde şöyle yazmıştı: "...Ama eğer kalp bir tür enjeksiyonla değiştirilebilse ve bu enjeksiyon için sürekli olarak doğal veya yapay olarak üretilmiş arteriyel kan sağlanabilseydi –böyle bir yapay üretim mümkün olduğu sürece– yaşam, vücudun her parçasını belirsiz bir süre boyunca zahmetsizce koruyabilirdi: sonuç olarak, kafa kesildikten sonra, zihindeki tüm beyin fonksiyonları korunabilirdi. Bu şekilde, kişi sadece hayvanın kafasında veya vücudundan izole edilmiş herhangi bir yerinde yaşamı sürdürmekle kalmaz, aynı zamanda daha sonra tamamen yok oluşunu da hatırlayabilir. Kişi aynı zamanda onu tüm bedene geri çağırabilir ve böylece kelimenin tam anlamıyla gerçek bir dirilişi gerçekleştirebilir." Bu vizyon, kafa naklini andıran bir öngörü içeriyordu: Kafa korunduğu sürece, uygun bir bedende ve şartlarda yaşam sürdürülebilirdi.
Yaklaşık 141 yıl sonra, Amerikalı cerrah John Heysham Gibbon Jr. (1903–1973), Legallois’in vizyonunu gerçeğe dönüştürdü. 1931’de bir pulmoner emboli ameliyatı sırasında hastasının ölümüne tanık olan Gibbon, deoksijenlenmiş kanı oksijenleyip pompalayan bir makine fikrini geliştirdi. Eşi Mary Gibbon ile birlikte 1934–1942 yılları arasında kedi deneyleri gerçekleştirdi. Nihayetinde, 6 Mayıs 1953’te 18 yaşındaki Cecilia Bavolek üzerinde atriyal septal defekti onaran ilk başarılı açık kalp ameliyatını, kalp-akciğer makinesi desteğiyle gerçekleştirdi. Hasta, makineye toplam 45 dakika bağlandı—bunların 26 dakikası tamamen vücut dışı dolaşıma bağımlıydı—ve ameliyat sonrası 30 yıldan fazla yaşadı.
Bu başarı, kalp cerrahisinde devrim yarattı ve ECMO'nun (Ekstrakorporeal Membran Oksijenasyonu) klinik temelini oluşturdu. Günümüzde ECMO, ilk olarak prematüre bebeklerde kullanıldıktan sonra; kalp yetmezliği hastalarından KTEPH (Kronik Tromboembolik Pulmoner Hipertansiyon) için pulmoner endarterektomi ameliyatı geçirenlere ve organ nakli bekleyenlere kadar geniş bir yelpazede binlerce hayat kurtaran bir teknoloji haline gelmiştir.
1854 - Diyalizin Prensipleri Ortaya Kondu: 19. yüzyılın ortasında, İskoç kimyager Thomas Graham (1805–1869), sıvıların ve gazların hareketini inceleyen deneylerle, modern diyalizin temelini attı. Graham, maddelerin yarı geçirgen zarlar aracılığıyla ayrılabileceğini göstererek, kolloid ve kristaloid kavramlarını tanımladı. Bu keşif, yalnızca kimya değil, tıp tarihinde de bir dönüm noktasıydı: Böbrek yetmezliği gibi ölümcül hastalıkların tedavisinde kullanılacak bir filtrasyon fikri doğmuştu.
Graham, 1854’te Royal Society’ye sunduğu “Osmotic Force” başlıklı Bakerian Lecture’da, sıvıların difüzyonunu ve ozmotik kuvvetleri tanımladı. Deneylerinde, hayvan bağırsağı veya özel kağıt gibi zarlar kullanarak, küçük moleküllerin (tuz gibi kristaloidler) bu zarları kolayca geçtiğini; büyük moleküllerin (jelatin gibi kolloidler) ise geçemediğini gösterdi. Bu ayrım, diyaliz cihazlarının temel prensibini oluşturdu: Zararlı atıkların (üre gibi) kandan ayrılması, kolloidlerin ise geride bırakılması.
Graham, bu yöntemi 1861’de “diyaliz” terimiyle resmileştirdi—Yunanca dialysis (διάλυσις, “ayrılma”) kelimesinden türetilmişti. Aynı yıl, iki yeni terim daha tanımladı:
Bu sınıflandırma, 1913’te John Jacob Abel’in (1857-1938) ilk yapay böbrek deneylerine ilham verdi; 1943’te Willem Kolff’un döner tambur böbreğiyle hayat buldu; ve bugün, hemodiyaliz makineleriyle binlerce hastanın yaşamını sürdüren bir teknolojiye dönüştü.
Graham’ın çalışmaları yalnızca diyalizle sınırlı kalmadı. 1833–1846 arasında gazların difüzyonunu inceleyerek, 1848’de yayımladığı “On the Motion of Gases” adlı çalışmasında Graham Yasası’nı formüle etti: Bir gazın yayılma hızı, molekül ağırlığının kareköküyle ters orantılıdır. Bu yasa, II. Dünya Savaşı’nda uranyum zenginleştirmede kullanıldı ve bugün hala laboratuvarların temel kurallarından biridir.
Ayrıca Graham, kolloid kimyasının da kurucusudur. Kolloidler, 1–1000 nanometre boyutunda parçacıkların bir sıvıda asılı kaldığı heterojen karışımlardır—süt, sis veya jel gibi. Bu alan, gıda, ilaç ve kozmetik endüstrilerinde emülsiyonların anlaşılmasını sağladı ve Graham’ı “kolloidlerin babası” unvanına taşıdı.
Thomas Graham’ın mirası, yalnızca bilimsel teoriler değil, yaşam kurtaran teknolojilerin temelidir. Onun keşifleri, görünmeyeni görünür kıldı—tıpkı sisin içindeki süt damlacıkları gibi. Bugün bir diyaliz makinesi çalıştığında, Graham’ın 1854’te başlattığı yolculuk hala devam ediyor.
1885 - Döner Silindir Oksijenatörü Geliştirildi: 19. yüzyılın sonlarında, Alman fizyologlar Maximilian Ruppert Franz von Frey (1852–1932) ve Max Von Gruber (1853–1927), vücut dışı dolaşım sistemlerinin erken bir örneğini oluşturan deneysel bir cihaz geliştirdiler. Bu cihazın temel amacı, kanı vücudun dışında oksijenlendirerek hayati fonksiyonları sürdürmekti. Her ne kadar von Frey daha çok duyusal fizyoloji alanındaki çığır açan çalışmalarıyla (örneğin, dokunma reseptörlerinin sınıflandırılması) tanınsa da, Gruber ile birlikte hayvan deneylerinden yola çıkarak yürüttüğü bu ortak çalışma, modern yapay organ teknolojisinin ilk adımlarından biri olarak kabul edilmektedir.
1885’te Leipzig Üniversitesi’nde tanıtılan bu cihaz, döner silindir prensibine dayalı ilk film oksijenatörüydü. Von Frey ve Gruber’ın bu çalışması, kan ile hava arasında doğrudan temas yoluyla oksijenasyon sağlayan sistemlerin gelişiminde önemli bir dönüm noktası oldu. 1882’de Waldemar von Schroder’in (1850–1898) kanı hava kabarcıklarıyla doğrudan temas ettirerek gaz değişimini sağlayan baloncuk yöntemi, bu tasarım için ilham kaynağıydı. Von Frey ve Gruber, bu yöntemi dönme mekanizmasıyla birleştirerek 1885’te kendi versiyonlarını geliştirdiler.
Venöz kan, eğimli bir silindirin iç yüzeyine ince bir tabaka halinde yayılıyor; silindir elektrik motoruyla dakikada yaklaşık 30 devirle döndürülerek kan, oksijen akımına maruz bırakılıyordu. Dönme hareketi, yerçekimi ve santrifüj kuvvetiyle kanı sürekli yenileyerek gaz değişimini (oksijen girişi, karbondioksit çıkışı) sağlıyor ve oksijenasyon verimini artırıyordu.
Bu açık sistem oksijenatör, kan ile havanın doğrudan temasına dayandığı için köpürme ve pıhtılaşma riskini azaltıyor; bu özellik, köpek ve tavşanlarda yapılan izole organ perfüzyonu deneylerinde olumlu sonuçlar verdi. Ancak cihazın kapasitesi insan uygulamaları için yetersiz kaldı. Yine de bu tasarım, daha sonra geliştirilen silindir ve davul tipi oksijenatörlerin temelini oluşturdu ve 20. yüzyılın başlarında kalp cerrahisinde kullanıldı. Prensip, 1930’larda John Gibbon’un kalp-akciğer makinesine, 1940’larda Clarence Dennis’in döner disk oksijenatörüne ilham verdi. 1960’lardan itibaren silikon bazlı membran oksijenatörlerin geliştirilmesiyle bu yaklaşım evrilerek, günümüzde ECMO teknolojisinin temelini oluşturdu.
1935 - İlk Perfüzyon Pompası: İlk organ nakli cerrahı Alexis Carrel (1873–1944), 1900’lü yıllardan itibaren yürüttüğü deneysel çalışmalarda, nakil sürecinde organları vücut dışında canlı tutmanın yöntemlerini araştırıyordu. Bu amaç doğrultusunda, Amerikalı mucit ve havacı Charles Augustus Lindbergh (1902–1974) ile iş birliği yaparak, döner valf mekanizmasıyla çalışan ve basınçlı hava yardımıyla nabız benzeri bir akış sağlayan cam bir perfüzyon pompası geliştirdi.
Bu sistemde perfüzyon sıvısı –organ veya dokuyu vücut dışında beslemek ve oksijenlendirmek için tasarlanmış, kan benzeri özel çözelti– doğrudan oksijenle temas ediyor; hava ise pamuk filtreden geçirilerek sterilize ediliyordu. Tamamen camdan üretilmiş bu cihaz, enfeksiyon riskini en aza indirerek organların (örneğin, tavşan kalbi veya böbrek) saatlerce canlı kalmasını sağladı. Bu yenilik, modern organ nakli ve doku mühendisliğinin temelini oluşturan ilk başarılı perfüzyon sistemlerinden biriydi.
1937 - İlk Kardiyak Destek Cihazı (Yapay Kalp): Sovyet bilim insanı Vladimir Petroviç Demikhov (1916–1998), 1937 yılında Voronezh Devlet Üniversitesi'nde biyoloji öğrencisiyken geliştirdiği metal bir yapay kalp prototipiyle tıbbi tarihe geçti. Bu cihaz, Sergei Bryukhonenko'nun vücut dışı dolaşım (extracorporeal circulation) sisteminden esinlenerek tasarlanan ve elektrik motorlu diyafram pompalardan oluşan ilk tam yapay kalp (implantable total artificial heart) prototiplerindendi. Demikhov, bir köpeğin kalbini çıkararak yerine bu yapay kalp sistemini göğüs boşluğuna (intrathorakik olarak) yerleştirdi. Cihaz, nabız şeklinde kan akışı sağlayarak hayvanın dolaşımını 5,5 saat boyunca sürdürmeyi başardı.
Bu deney, özellikle pıhtılaşma gibi önemli teknik sorunlarla karşılaşılmasına rağmen, o dönemin imkansız görünen bir hedefi gerçekleştirmesi açısından büyük öneme sahipti. Demikhov’un çalışması, kalp desteğinin mümkün olduğunu göstererek kalp cerrahisinin gelişiminde kritik bir kilometre taşı oldu ve ileride kalp nakli ve yapay kalp teknolojilerinin temelini attı.
1943 - İlk Yapay Organ, Diyaliz Makinası: Yapay organlar biliminin kurucusu olarak kabul edilen Willem Johan Kolff, 20. yüzyıl tıbbının en etkili öncülerindendir. Leiden Üniversitesi'nde tıp eğitimini tamamladıktan sonra Groningen Üniversitesi'nde iç hastalıkları uzmanlığı yaparken, böbrek yetmezliğinden ölen bir hastadan etkilenerek "Böbrek fonksiyonu yerine konulamaz mı?" sorusuna yanıt aramaya başladı ve diyaliz teknolojisinin temellerini attı.
Nazi işgalindeki Hollanda’nın Kampen kentinde, sınırlı kaynaklarla 1943’te portakal suyu kutuları, otomobil parçaları ve sosis zarlarından oluşan ilk hemodiyaliz makinesini inşa ederken aynı zamanda direniş hareketine katıldı. Kolff'un geliştirdiği yapay böbrekle yapılan ilk denemeler ne yazık ki başarısızlıkla sonuçlandı; ilk 16 hasta tedaviye yanıt veremeyerek hayatını kaybetti. Ancak Kolff'un azmi sayesinde, 18 Eylül 1945'te 17. hastası olan Maria Sophia Schafstadt (1878-1950) başarılı bir diyalizle hayata döndürüldü. Böylece tıp tarihinde bir hasta ilk kez yapay böbrekle kalıcı olarak hayata döndürüldü. Kolff'un ekibi, geliştirdikleri bu yöntemle akut böbrek yetmezliğine bağlı üremik komadan kurtulan dünyadaki ilk hastayı ortaya çıkardı.
Peki, günümüz etik kurulları, art arda 16 hastanın yaşamını yitirdiği bir tıbbi araştırmanın devamına onay verir miydi? Ya da siz 17. hasta olur muydunuz?
Savaşın ardından Kolff, geliştirdiği yapay böbrekleri farklı hastanelere bağışlayarak bu teknolojinin tanınırlığını artırmayı hedefledi. Avrupa’da Londra, Amsterdam ve Polonya'ya gönderilen cihazların yanı sıra, bir makine de Dr. Isidore Snapper aracılığıyla New York'taki Mount Sinai Hastanesi'ne ulaştırıldı. Bu cihaz, Pulmoner Arteriyel Hipertansiyon’un (PAH) büyük babası kabul edilen Dr. Alfred Paul Fishman (1918–2010) ve Dr. Irving Kroop’un gözetiminde, 26 Ocak 1948 tarihinde Amerika Birleşik Devletleri’nde gerçekleştirilen ilk insan diyalizi için kullanıldı.
1950’de ABD’ye göç eden Kolff, Cleveland Kliniği’nde kalp-akciğer makineleri ve daha gelişmiş diyaliz sistemleri üzerinde çalıştı. 1955'te ABD vatandaşı oldu. 1957’de tam yapay kalbi icat etti. 1967’de Utah Üniversitesi’ne geçerek Yapay Organlar Bölümü ve Biyomedikal Mühendislik Enstitüsü’nü yönetti. Burada ekibiyle birlikte yapay göz, kulak, kol ve özellikle yapay kalp üzerine araştırmalar yürüttü.
Kolff'un bu çalışmalarının bir ürünü olan Jarvik-7 yapay kalbi, 2 Aralık 1982'de diş hekimi Dr. Barney B. Clark'a (1921-1983) takılarak dünyadaki ilk kalıcı yapay kalp uygulaması oldu. New York Times yazarı Clyde Haberman'a göre, bir bulaşık makinesi boyutundaki hava kompresörüne sürekli bağlı olan bu cihaz, Clark'ın kalbinin çalışmasını sağladı. Clark, yapay kalple 112 gün yaşadı ancak Wired yazarı Tony Long'un belirttiğine göre, yapay organ naklini riskli hale getiren enfeksiyonlar nedeniyle bilinci gidip geliyordu ve defalarca ölmek istediğini dile getirdi. Haberman'a göre, ölmeden önce konvülsiyonlar (istem dışı kas kasılmalarının neden olduğu nöbetler), böbrek yetmezliği ve hafıza kayıpları yaşadı.
Yazan: Kamil Hamidullah / KASIM 2023
Önceki güncelleme:
Son güncelleme: Kamil Hamidullah / Eylül 2025
#AkciğerNakli #PAHSSc #LungTransplant #OrganBağışı #OrganNakli #OrganDonation #LTx #WillemKolff #YapayOrgan #ArtificialOrgan