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人工心臟是在解剖學、生理學上代替人體因重症喪失功能不可修復的自然心臟的一種人工臟器。可分為輔助人工心臟和完全人工心臟。人工心臟基本上是由血泵、驅動裝置、監控系統及能源四個部分構成。

1 人工心臟 -發展歷程

人工心臟人工心臟
從廣義及泵功能的角度考慮,人工心臟研究可以回溯到體外循環的動脈泵開始,即1953年Gibbons將體外循環應用於臨床。心肺機利用滾筒泵擠壓泵管將血泵出,猶如自然的搏血功能進行體外循環。而人工心臟這個血液泵恰是受此啟發而開始研究的。1957年美國KOlff和Akutsn將聚乙烯基鹽製成的人工心臟植於人體內生存一個半小時,以此為開端展開了世界性人工心臟研究。

1958年日本及前聯邦德國均設立了專門研究中心。1964年KOlff利用人工心臟使小牛生存24小時。1966年DcBakey將人工心臟用於瓣膜置換病例,輔助數小時。1968年開始臨床研究,1969年動物實驗生存記錄為40天。同年Cooley進行了第一個臨床病例植入一時性完全人工心臟后因合併症死亡。

1970年Nose等的動物實驗生存100天。1973年以後,動物實驗成活率迅速上升:1976年Kolff試驗牛成活89天、122天;1980年度美和彥試驗山羊生存232天、242天、288天;1982年12月1日美國鹽湖城猶他大學醫學中心人工心臟研究小組為一患者植入完全人工心臟使其存活衛112天。

隨著對人體生理的認識以及能源與材料技術的發展,全人工心臟(TAH)和長時間心室輔助循環(VADS)得到進一步發展,具體表現在外置氣動泵向超壓縮電動泵發展,輔助循環向可攜帶全人工心臟發展,以及由永久性全人工心臟代替同種心臟移植,2001年7月美國已經成功用於人體,但僅剛開始。

2 人工心臟 -分類

人工心臟人工心臟

人工心臟分為輔助人工心臟和完全人工心臟。輔助人工心臟有左心室輔助、右心室輔助和雙心室輔助,以輔助時間的長短又分為一時性輔助(二周以內)及永久性輔助(二年)兩種。完全人工心臟包括一時性完全人工心臟、以輔助等待心臟移植及永久性完全人工心臟。

按應用分類

可分為短期泵、間斷性泵、長期泵和永久性泵。短期泵、間斷性泵主要為左、右室輔助循環,用以短期輔助自身心臟恢復供血功能;長期泵和永久性泵主要指雙室輔助循環、全人工心臟,用以終末期心臟疾病等待心臟移植或永久性全人工心臟移植。在實際運用中並沒有形成絕對的選擇標準,根據實際情況選用。

按用途分類

有左心室輔助循環、右心室輔助循環及雙心室輔助循環和全人工心臟。左或右心室輔助應用的比較早,已經積累了許多臨床經驗,對其應用指征的選擇和輔助循環中的管理已經有了較為詳細的臨床資料。但是實踐中發現它有許多不足之處,尤其是左心輔助循環可以造成靜脈淤血而導致多器官衰竭(MOF),雙心室輔助循環可以改善這一缺憾,它為自身心臟功能恢復也提供了機會,並且可以延長輔助循環的時間。其優勢甚至優於全人工心臟,遺憾的是還沒有可植入性雙心室輔助循環,離心血泵的出現有可能使之成為可能。全人工心臟對可置入性、持續能源、組織相溶性提出了很高的要求,它以完全替代心臟功能允許患者帶泵恢復日常生活為最終目的。

3 人工心臟 -結構

從血流效果上來看分為搏動性血流和非搏動性血流兩種。理論上講搏動性血流更適於人體生理特點,但是它必須有活瓣、彈性隔膜以及巨大的心室容量。而非搏動性人工心臟需要高效的能源與軸承密封或電磁軸承以減少血栓形成,維持正常器官功能,它需要更高的血管內壓,並能造成器官血流和生化特點的變化,從全人工心臟的永久性應用來看進一步發展非搏動性泵更有利於人工心臟解決血栓和全置入人體的問題。從泵血的方式來看,傳統的氣動泵正由可攜帶性、可置入性、可壓縮性好的電動泵代替。

能源

從應用的功能設置來看可分為外置型與內置型和固定型與可移動型,從實用性來看顯然可移動內置電源最為理想。想實現這一目標只有在能源技術上進一步研究。主要有三個研究方向:高能電池、高效儲電瓶、經皮充電。高能電池最有代表性的設想應屬核能電池,但與實際應用還有較大的距離;高效儲電瓶的代表產品為鋰電的應用,已有多個實驗室運用成功的經驗;經皮充電是研究最熱的技術,也是最有希望的技術之一。

4 人工心臟 -材料

人工心臟人工心臟

高分子材料一直是人工循環的主要應用材料。針對人工心臟的特點聚脂類有較好的應用前途,例如研究較多的聚烏拉坦就具有耐用、彈性好、抗老化、順應性好、組織相溶性好的特點。除此之外還有人將其分子輔基改變、合成進硅和維生素E等進一步改善其特性以更有利於人工器官的應用,今後還有可能利用人工材料的特點體外塑行以微創手術將人工心臟置入人體,或者將人工材料做成人體可降解材料,使其在一定時期后功能完成後自然降解,以免除二次手術。

另外,人工合金對人工心臟也做出了較大的貢獻,如鎳-鈦合金曾經作為人工心臟瓣膜、心室,其堅固性、輕質、表面光滑性非常適於人工心臟。鎳-鈦-鋯合金其優越性更為突出。

5 人工心臟 -臨床應用和管理

1、應用選擇及治療學基礎。短期心室支持主要用於輔助心臟渡過其急性期病變的可逆性心臟疾病稱為Bridge-to-Recovery和部分短期內可以等到供心的心臟移植患者。前者見於急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心臟人工瓣膜置換術后等,例如TheLD-PACEⅡ。輔助循環可逆性心臟病的機制有許多研究對免疫學、病理學、分子生物學得以深入研究,為其進一步應用提供了依據。人工心臟長期應用主要用於等待同種心臟移植或永久攜帶全人工心臟患者,見於終末期心臟病患者,可稱為Bridge-to-Transplantation。

2、人工心臟的管理。人工心臟的管理包括人工心臟的機械管理和人工心臟攜帶者併發症的管理。前者的突破在於人工心臟與電腦程序化控制結合和機械工藝的改進。攜帶者的管理主要針對其併發症出血、栓塞、感染、右心功能衰竭,輸血相關性移植物抗宿主病以上併發症仍然是人工心臟應用的主要瓶頸。

6 人工心臟 -發展方向

隨著人工心臟向小型化、耐用性強及低阻力的發展有可能將來像人工心臟起搏器一樣得以廣泛應用。人工心臟的發展需要進一步解決四個問題:

1、小型而具有高射血效能;
2、安全可靠的控制系統和能源供應模型;
3、經久耐用的帶瓣血室;
4、大量的研究經費。

人工心臟的可調節性是其又一突出進展。將人工心臟與集成電路晶元結合起來根據自體適時需要控制人工心臟的做功。如LD-PACEⅡ左室輔助循環可以根據病人的心電圖按1:1到1:8調節心臟做功。預計將來可以結合生物感測器根據更多血流動力學指征進行自身調節。

7 人工心臟 -相關研究

2012年10月19日,世界上第一個沒有心臟、僅靠「人工心臟」生活的37歲捷克男子雅各布•哈力克(Jakub Halik)去世。他靠人工心臟活了6個月,最終因肝腎功能衰竭去世。

2013年5月14日,據《人民日報》報道,天津泰達國際心血管病醫院(簡稱泰心醫院)試驗羊「天久」安裝了由中國運載火箭技術研究院第十八研究所和泰心醫院合作成功研製的中國首個可植入第三代心室輔助裝置——磁液雙懸浮血泵。截至5月13日,「天久」已健康存活61天,創下了國內植入第三代心室輔助裝置最長存活紀錄,同時在國內首次實現攜帶電池與控制器自由活動,達到了血泵臨床植入的模擬狀態,標誌中國第三代心室輔助裝置研製獲得了重大突破。

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