České umělé hlasivky zatím nepromluvily

Před třemi lety svitla pacientům po laryngektomii naděje na kvalitnější hlasivkovou náhradu. Tým prof. Tomáše Vampoly z Fakulty strojní ČVUT byl za svůj projekt individuální hlasivkové náhrady oceněn Cenou předsedy Grantové agentury České republiky. Jaké je situace dnes? Stotisícová odměna spojena s Cenou na další vývoj náhrady ale nestačila, vědci proto hledají vhodného sponzora.

Hlas jako zvon

Lidské hlasivky sice měří méně než dva centimetry, ale umějí vytvořit zvuk tak silný, že je slyšet desítky metrů daleko. Hlas jako základní komunikační prostředek je však také vystaven řadě nemocí. Pacientům, kteří onemocní rakovinou hlasivek nebo hrtanu, musejí lékaři celý hrtan i s hlasivkami odoperovat. Ačkoliv moderní věda umí nahradit všemožné části lidského těla, napodobit hlasivky bylo donedávna nad její síly.

Hlasivky vykonají více než milion kmitů za den a vzduch v nich má sílu hurikánu (asi 180 km/h). Najít materiál, který by vydržel tuto extrémní zátěž a vydával zvuk stejných vlastností, jako má lidský hlas, se vědcům dosud nedařilo. Jediné řešení pro pacienty, kteří ztratili hlas, jsou hlasivky vnější (např. tzv. slavík), jejichž zvuk je ale nepřirozený a strojový.

Proč se vlastně začal profesor Vampola věnovat výzkumu umělých hlasivek? „Nebyl v tom žádný osobní zájem, nejsem žádný zpěvák, spíš to byla náhoda. Jeden kolega začal před několika lety systematicky studovat projev lidského hlasu a spolu s kolegy z Ústavu termomechaniky jej numericky simuloval. Bohužel, náhle tragicky zemřel. Přistoupil jsem do toho týmu, protože tvrdím, že mechanika je jen jedna – je jedno, jestli řešíme obtékání křídla letadla, nebo kmitání hlasivky. Pravda, určité rozdíly existují, ale v obou případech vycházíme z principů mechaniky kontinua. Řešili jsme optimalizační úlohu, jak předepnout hlasivky tak, aby vykazovaly žádané dynamické parametry. Numericky to jde, ale dosáhnout stejných parametrů na fyzické náhradě je komplikovanější.

Oceněný projekt týmu Tomáše Vampoly je unikátní ve světovém měřítku tím, že se zabýval hlasivkovou náhradou, která je individuální. Než by pacient podstoupil operaci, při níž by mu hlasivky byly odstraněny, jeho hlas by podrobil analýze tým odborníků a podle toho naladil individuální hlasivkovou náhradu. V ideálním případě by měla původní hlas nositele napodobit tak, aby nikdo nepoznal, že mluví prostřednictvím umělých hlasivek.

Řešitelský tým se skládal ze čtyř nezávislých institucí, z nichž každá hrála velmi důležitou úlohu. Vhodný materiál pro hlasivkovou náhradu navrhl a na základě zadání Tomáše Vampoly vyrobil řadu konkrétních variant náhrady v Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. Počítačové simulace a prověření, že se hlasivky chovají, jak mají, zajistil Tomáš Vampola a jeho tým z Fakulty strojní ČVUT, kde byly poté vyrobeny formy pro odlévání umělých hlasivek. V Ústavu termomechaniky AV ČR ověřovali na speciálně zkonstruované měřicí trati – simulující plíce a vokální trakt člověka – jejich aerodynamické, akustické a vibrační vlastnosti. A na 1. lékařské fakultě UK v Praze studovali, zda se hlasivková náhrada dá skutečně voperovat do lidského těla. Výsledky vyústily v patentovou ochranu.

Hlasivka funguje podobně jako struna. Když ji napnete, frekvence, a tudíž i hlas jsou vyšší. My jsme navrhli postup, jak hlasivku předepnout nezávisle na člověku. Ten ji pak bude rozechvívat svým dechem a mluvit,“ říká prof. Tomáš Vampola.

Senzace vyvolala bouři nadšení

I když se ve většině zpráv uvádělo, že hlasivkovou náhradu je třeba otestovat na zvířatech a že teprve po odladění všech případných nesnází by mohlo dojít na klinické testování na člověku, přesto se vzedmula obrovská vlna zájmu. Není divu. V České republice přijde operativním zákrokem o hlasivky každoročně až 150 osob. Celkem u nás s tímto handicapem žije několik tisíc lidí.

Avšak aplikovat náš implantát povolí etická lékařská komise až tehdy, když má jistotu, že pacientovi pomůžeme nebo alespoň neublížíme. K tomu je však ještě daleko. Numericky jsme prokázali funkčnost našeho návrhu, ale dalším krokem je implantace do biologického materiálu, do pokusného zvířete. Nejspíš do ovce. Technicky je to realizovatelné, chybí jen jediná věc, avšak zásadní – peníze. Náš směr je správný,“ myslí si prof. Vampola.
Nyní se ucházíme o další grantovou podporu, která by umožnila implementaci hlasivkové náhrady do pokusného vzorku. Věříme, že uspějeme, protože ustavit zbrusu nový výzkumný tým je těžší než v zahájeném výzkumu pokračovat. Zvláště, když se už můžeme pochlubit dobrými výsledky.

Autor: Karel Sedláček
Zdroj: technickytydenik.cz
Úvodní foto: Pixabay.com