如果我們把人體比作一臺機器，心臟就是這臺機器的發(fā)動機，主要負責(zé)泵血，即保證全身各個器官的血液供應(yīng)。一旦心臟驟停，”發(fā)動機“停止了工作，全身就沒有了血液供應(yīng)，很快就會引起死亡。但是，冠心病動脈疾病，高血壓以及心肌病常常導(dǎo)致心臟功能下降和心力衰竭，內(nèi)科對此類心臟疾病的效果極其有限，在多數(shù)情況下，這些方法僅能減輕癥狀，而不能從根本上解決問題。
在中國每年有1000萬心臟衰竭的患者，其中20萬到300萬人因心衰而死亡，但是每年卻只有50個患者有機會接受心臟移植手術(shù)*（*2008年數(shù)據(jù)）。由此可見,自然心臟移植遠遠不能滿足病人的需要,尋求新的心臟來源,成為醫(yī)學(xué)家們研究的重點。外科經(jīng)過長期而積極的探索，目前人工心臟移植算是其中比較成功的技術(shù)。在25年前的今天，1995年10月23日，一位64歲的英國退休電影制片人古德曼成為世界上第一位接受永久性電動人造心臟的人。今天，我們再次站到人工心臟最初的起點，一起來回顧下這項技術(shù)的發(fā)展歷程。人工心臟，即用生物機械手段部分或完全替代心臟的泵血機能，維持全身的血液循環(huán)。按功能劃分包括心室輔助血泵(VAD)和全人工心臟(TAH)。人工心臟是按解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥而喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。在醫(yī)學(xué)臨床上，人工心臟起到了很大的作用。對VAD的研究可以回溯到體外循環(huán)的動脈泵開始。早在1895年，雅各德曾試制人工心臟泵對機體的組織和器官進行灌流。20世紀(jì)30年代，在美國從事研究工作的法國醫(yī)學(xué)家阿歷山大·卡雷爾與他的助手林德伯格共同研制出世界上第一個人工心臟。這是一種暫時的輔助性人工心臟，實際上是一種體外循環(huán)機。
1953年, Gibbon將人工心肺機加以改進并成功地應(yīng)用于臨床, 標(biāo)志著現(xiàn)代心臟外科時代的開端。人工心肺機能夠提供安全、無血的手術(shù)環(huán)境以及充裕的手術(shù)時間, 使心臟外科得以迅猛發(fā)展。1966年, Debakey等對2例心臟術(shù)后的病人運用VAD進行循環(huán)輔助, 2名患者均脫機出院且長期生存。在20世紀(jì)70年代, 由于材料加工、血泵結(jié)構(gòu)、驅(qū)動設(shè)計、監(jiān)測控制、手術(shù)操作和術(shù)后監(jiān)護等一系列技術(shù)的改進和發(fā)展, VAD的臨床運用得到進一步開展。1975年至1980年間多位學(xué)者先后報告了應(yīng)用連接于心尖及升主動脈的氣動搏動型體外VAD和腹部安置左心輔助裝置 (LVAD) 的臨床試驗；同時Golding等將離心泵運用于臨床, 但效果均不理想。20世紀(jì)80年代末期, 世界各地運用各種輔助裝置開展心臟移植前過渡輔助, 取得了一定的成績和積累了不少經(jīng)驗。現(xiàn)在臨床應(yīng)用的VAD主要有隔膜泵和葉輪泵兩種。隔膜泵的結(jié)構(gòu)和工作原理都是模仿自然心臟而設(shè)計的, 它的核心結(jié)構(gòu)是一個由柔韌性材料圍成的囊腔。囊腔與自然心臟的心腔一樣, 用于容納血液。
腔兩端連接進、出口導(dǎo)管, 并在兩接口處分別放置單向閥門以保證血液單向流動。對囊腔壁施以外力時腔內(nèi)容積被迫變化, 容積減小時血液由出口流出, 增加時則接納流入的血液。如此周而復(fù)始, 完成泵血功能, 與自然心臟的工作極為相似。電動式隔膜泵是目前臨床應(yīng)用最廣的植入式VAD。
葉輪泵是一類非仿生性的血泵, 可分為離心泵、軸流泵及混流泵三種形式。無論何種形式均采用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪驅(qū)動血液單向流動, 不需要單向閥門控制血流方向, 它克服了隔膜泵體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作壽命短、能耗高的缺點, 尤其適合于永久性植入體內(nèi)時采用, 逐漸成為VAD的主流。
全人工心臟(TAH)完全取代自然心臟的功能，維護全身的血液循環(huán)狀況。TAH植入體內(nèi)有兩種手術(shù)方式：①切除心臟的心室，保留心房，將人工心臟的流入道分別與左、右心房連接，人工心臟的流出道分別與主動脈及肺動脈連接；
②保留左心房，其余心臟全部切除，然后將人工心臟流入道分別與腔靜脈及左心房連接，人工心臟流出道與主動脈及肺動脈連接。
1958年, 美國科學(xué)家Willem Kolff和Tetsuzo Akutsu將他們自己設(shè)計的聚氯乙烯人工心臟植入犬的體內(nèi), 使其存活了90分鐘，以此為開端展開了全人工心臟研究 。1969年, Cooley將氣動式TAH (由Liotta設(shè)計) 植入一位體外循環(huán)無法脫機的患者作為心臟移植前的過渡, 并在64h后為其施行了心臟移植, 雖然患者在移植后32h死于肺部感染, 但仍然應(yīng)證了人工心臟作為心臟移植前過渡的可行性。1982年12月2日, 美國猶他大學(xué)的DeVris醫(yī)生將氣動式“Jarvik-7”型永久性TAH植入到Barney Clark體內(nèi), 這是第一個用于人類的永久性TAH。這顆塑料心臟在Barney Clark的胸腔里跳動了將近1300萬次，維持了112天的生命，最終患者因多器官功能衰竭而去世。
（“Jarvik-7”型永久性TAH/圖源：參考文獻[3]）
之后美國的食品與藥物管理委員會 (FDA) 批準(zhǔn)“Jarvik-7”型TAH試用于臨床。到1985年止, 進行的一系列共5例“Jarvik-7”型TAH移植患者當(dāng)中, 存活最長的達到了620天。由于TAH植入后均出現(xiàn)了諸如出血、血栓、感染等嚴(yán)重并發(fā)癥使患者不能長期存活, 到1991年FDA又停止了“Jarvik-7”型TAH的臨床試用。1995年10月23日（歷史上的今天），英國牛津Steve Westerby醫(yī)生給患有嚴(yán)重心臟病的古德曼實施了永久性心臟移植手術(shù)。這顆價值8萬英鎊的電動人造心臟大小如同拳頭，通過從胸部引出的導(dǎo)線與體外的電池組相連，因此古德曼未來必須不斷地更換電池組。
（25年前電池續(xù)航就成了一些人的最基本需求2001年, Jewish醫(yī)院的醫(yī)生將“AbioCor ”TAH首次應(yīng)用于臨床, 這是第一個完全獨立的可植入永久性TAH。這種新型TAH已經(jīng)十分接近真正的心臟體積, 重約1kg, 由鈦、塑料、環(huán)氧樹脂構(gòu)成。2004年10月18日，名為eardiowest的人工心臟獲得美國食品與藥品管理局的批準(zhǔn)，成為世界上首個正式進入臨床使用的人工心臟。在如今工程學(xué)、電子學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物物理學(xué)等多學(xué)科的綜合應(yīng)用下，人工心臟已經(jīng)獲得了突飛猛進的發(fā)展，不管是2011年我國陳琛團隊自主研發(fā)的全磁懸浮人工心臟??
還是2017 年瑞典發(fā)明的世界首個3D打印軟體人工心臟??亦或是今年日本東京醫(yī)科齒科大學(xué)通過干細胞培育的迷你心臟??一系列的研究進展，都讓我們相信人工心臟移植將會成為一項常規(guī)、成熟的治療手法，來幫助更多的病人延長生存周期，提高生活質(zhì)量。
[1]JamesA.Magovern,林框定.全人工心臟的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].國外醫(yī)學(xué)(生物醫(yī)學(xué)工程分冊),1987,10(03):169-173+186.
[2]AtsumiK,陳立新.人工心臟在生物學(xué)工程中研究和發(fā)展的現(xiàn)狀[J].國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊,1989(04):250.[3]武文芳,吳兵.人工心臟的歷史及研究進展[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2008(03):55-58.[4]尹邦良.人工心臟的歷史及研究現(xiàn)狀[J].中國醫(yī)師雜志,2002(07):679-680.
