男子植入人工心脏需每天充电:回顾世界人工心脏发展历程

来源:世界风情画(ID:finkeeper)

作者:杂杂妹

2022年1月13日,山东青岛,经过一段时间的治疗和康复训练后,山东省首例人工心脏植入患者黄先生在青岛大学附属医院顺利出院。据了解,二十多天前,黄先生因终末期心力衰竭,在该院成功植入了一个国产的“第三代全磁悬浮人工心脏”,目前恢复情况良好。

不过黄先生之后随时都要携带一个黑色的小挎包,这个外部装置通过一根经过腹部皮下隧道的细电线与“人工心脏”连接起来,装置包括电源、可充电电池以及一个监控器,给予“人工心脏”电力支撑,与电影里的《钢铁侠》本人倒是有几分相似。

在接受采访时,黄先生表示自己获得了“重生”,感谢挽救了自己生命的医护人员。

而在去年1月,中国第一例人工心脏移植手术也成功实施于四川省人民医院。 “中国心”体内部分主要是人工血管和血液泵,通过血液泵代替或辅助心脏泵血功能,重量只有420克,安装在心脏下方;体外控制器像一个小盒子,有3千克重,可以放在背包里。

此次出院的黄先生也拥有类似的“背包”,里面装有供人工心脏工作的两块电池,据青岛大学附属医院心血管外科主任杨苏民大夫介绍说,单块电池可以续航6-8小时,医院给黄先生一共配备了6块电池,以供循环使用。

展开全文

据了解,除了游泳之外,带着人工心脏开车、逛街等都没问题!唯一不方便的是有一根外接电线,而且需要关注电池电量,不能停电,当然,这种不便跟珍贵的生命比起来根本不算什么

而在2022年,人工心脏这种给无数人带来生的希望的第一种人造器官也正好将迎来问世40周年的日子。人工心脏是怎样发明的,又经历了哪些曲折历程?

众所周知,心脏是动物循环系统的中心器官,已经将氧分子(或氧化剂分子)带到身体各处,携带着氧化-还原产物的血液,通过静脉带到心脏,经过心脏这个“泵”从肺(或从体外接受氧化剂的器官)循环将富含氧气的血液与静脉血在心室中交换,便成了含有氧气(或氧化剂)的动脉血,再输送到全身各处。可以说,心脏就是动物的“发动机”。在跳动中将氧气(或氧化剂)带到身体的各个部位,这些氧气(或氧化剂)在身体各处反应,为身体带来源源不断的动力。在人类身上,心脏的作用同样是如此。而在今天,全球每年有2000万人死于心脏骤停和心脏衰减等泛心脏疾病,人工心脏的发明无疑为这些患者带来了福音。

然而,在心力衰竭或者心脏受重伤的情况下,心脏就会停跳,这便意味着动物生命的终结。所以长期以来,心脏停跳即是死亡的标志。

进入19世纪后,随着科学的进步,特别是医学探索的领域越发前沿,许多新的疗法还需要在一段时间停止心脏跳动才能进行,这时,设计一种体外能够维持动物体内血液循环的“机器”就被提上了议事日程。

1812年,法国医学家 Julien Jean Cesar LeGallois(朱利安·让·塞萨尔·莱加略斯)提出了“体外机械循环论”,他认为,包括人类在内的动物可以通过一种机器,在体外完成氧交换,再把排除了二氧化碳(氧化-还原产物),输入了氧气(氧化剂)的血液注入回动物身体,从而维持动物的生命。这也是今天的透析机、人工心肺机、人工心脏等一系列医疗设备的原理。不过,囿于当年的条件所限,这个想法在他提出后的100多年里始终处在摸索阶段。

所幸的是,在1920年代,实现“体外机械循环论”的机会来了: 美国机械师,也就是驾驶飞机飞跃大西洋的第一人Charles Lindbergh (查尔斯·林德伯格)和美国医生阿莱克西斯·卡莱耳( Alexis Carrel)联手试制了一个血液泵——

这个血液泵在小鼠和人类身上进行了实验,并取得了成功。这也是人工心肺机的雏形。后来,他们俩又联手发明了血液分离机,今天我们捐献血液后,血液往往会被置于血液分离机中通过旋转带来的离心力分离出血小板、红细胞、白细胞和血浆等,分别用于各种不同需要的病患。在这一创新之后,卡雷尔和林德伯格继续创造了一个从小鼠体内取出器官时能够暂时保持活力的“人造心脏”装置,也就是把小鼠的一创新之后,卡雷尔和林德伯格继续创造了一个在试管内从体内取出器官时保持其活力的“人造心脏”装置,他们切除了小鼠的肾脏、心脏、甲状腺和卵巢分别等,然后将这些器官置于这种装置里,看看能否继续运行。由于积累了很多在体外保持器官活力的经验,卡雷尔后来成功地实现了器官移植,并由此获得诺贝尔生理学和医学奖。

(妤妤姐:向为人类科学进步牺牲的小鼠致敬!)

而在1937年,苏联医学家Vladimir P. Demikhov(弗拉基米尔·德米霍夫)博士,(是不是哪个搞“双头狗”的疯狂科学家?——妤妤姐)开发了一种全人工心脏(TAH)装置,并实施了世界上第一次冠状动脉旁路手术和胸腔内移植[。他开发的TAH是由两个泵组成的,它们由一个“带经皮驱动轴的外部马达”驱动,这种装置被移植到一只狗身上,在手术后5.5小时内存活。

这是他的系列实验中的第一个,他主要在狗身上进行试验。1946年,德米霍夫医生同时在两只狗之间移植了一颗心脏和一个肺,结果证明是成功的。他不用体外循环就能做这些手术。代替体外循环,德米霍夫医生很快进行了手术,并使用自己的方法在移植过程中保存器官。1946年6月,他对一只狗进行了异位心肺移植,这是他实验中的一个里程碑。德米霍夫博士实验的动物通常在手术后存活30天。德米霍夫医生的供体心肺制剂在移植过程中通过“闭路循环”得以保存“左心室的血液被泵入主动脉;然后,通过供应心肌的冠状血管,它进入右心房、右心室和肺,在那里血液被再给氧并返回左心房。1953年7月,他在一只狗身上进行了第一次成功的冠状动脉旁路手术,达到了一个里程碑。1989年,国际心肺移植学会因“胸内移植的发展和人工心脏的使用”而授予德米霍夫博士“第一个先锋奖”。总之,德米霍夫博士是一个先驱,他把自己关于心脏的想法发展成现实,现在经常用于医学。

1939年,美国的小约翰·h·吉本医生(Dr. John H. Gibbon, Jr.)正在协助另一名医生进行紧急肺栓塞切除术,当时一名患者因在心脏直视手术中清除血凝块而失去意识。他认为,如果有某种装置可以在避开肺部的同时清除患者体内的血液,给身体充氧,然后返回心脏,那么患者就还活着。这一事件激发了他创造心肺机的热情。在接下来的几年里,吉本博士继续开发一种在实验室老鼠身上进行研究的仪器。实验室老鼠在全身灌注实验中幸存下来。几年后,吉本博士继续在杰斐逊医学院工作,在那里他与IBM合作开发了他的设备,开发后被介绍为IBM Model I。这种设备在狗身上使用时是成功的;然而,这种用途仅限于人类。1952年,模型二心肺装置发布,用于人类。虽然这台机器设计得很好,但在手术进行过程中,第一个病人,一个刚过一岁的婴儿就去世了。1953年,这种装置被用于另外两个同样死亡的孩子身上。在此之后,吉本博士停止了该设备的所有工作。1954年7月,在对血凝块和失血进行进一步研究后,该设备进行了改进,IBM发布了Model III。然而,吉本博士已经在1953年与梅奥诊所分享了他的设备,他们继续推进该设备,将其命名为“梅奥吉本型氧合器”,该设备后来拯救了数百名患者。

美国克里夫兰诊所的Tetsuzo Akutsu博士和Willem Kolff博士跟随他们的前辈的脚步,于1957年第一个成功地将TAH(全人工心脏)植入一只活了1.5小时的动物体内。这两位医生都是开发TAHs的专家,并获得了许多荣誉。几年后的1952年,阿根廷的多明戈·利奥塔创建了自己的模型,类似于泰苏佐博士和科尔夫博士的模型。他的模型将存活时间提高到了13小时8].利奥塔随后与美国贝勒大学的迈克尔·德巴基博士合作,后者于1983年开发了一种使用滚轮泵的装置,该装置可以持续输血。1963年,利奥塔进行了“脉冲式左心室辅助装置的首次临床植入”。几年后的1969年,丹顿·库利博士在人体内进行了“第一次TAH”移植。库利博士也和多明戈·利奥塔一起工作。他们共同努力推进利奥塔最初创造的人工心脏。含涤纶的硅橡胶构成了心脏的弹性屏障。网状纹理被用来模仿血管移植物。Wada-Cutter无铰链阀的使用是因为它们的开口较大,便于流动。这些瓣膜存在一些问题,但最终证明是有益的,因为瓣膜会导致血栓形成。具有讽刺意味的是,血栓的形成是此后出现的所有tah中的一个问题。库利博士和利奥塔随后寻求工程师的建议,以创建一个“气动驱动控制台”。一个“气动控制台”使他们新设计的人工心脏可以用于人体。此后,这种装置被植入一名47岁的男性,他几乎丧失了能力,并且有10年的心脏病发作史。这个病人接受了这个装置,1969年的第一个TAH,起初看起来还不错;然而,他的肾功能开始下降,开始溶血。在最初的手术后64小时,必须找到一名捐献者进行人类心脏移植,在人类心脏移植后32小时,患者因肺炎死亡。患者主要死于抗排斥反应。虽然病人去世了,但库利博士了解到,通过机械装置进行人体循环是有可能成功的。

又经过了近20年刻苦攻关,人工心脏终于看到了曙光:罗伯特·贾维克(Robert Jarvik )博士因其在第一个永久性人工心脏方面的工作而闻名,该工作被证明是成功的。他在所有先前的发明家中获得了最多的赞誉。1982年,犹他大学的外科医生将第一颗永久性人工心脏移植到一位名叫巴内·克拉克的61岁患者体内。前面提到的威廉·科尔夫博士领导了研究这种人工心脏的团队。1967年离开克利夫兰诊所后,科尔夫博士在犹他大学进行研究。正是在那里,1971年,他遇到了罗伯特·贾维克,并雇佣他开发人工器官。科尔夫博士有一个传统,即以研究人工心脏的研究人员的名字命名人工心脏。罗伯特·贾维克碰巧正在研究人工心脏,因此它被称为贾维克7号。当我们因这项发明而出名并获得所有荣誉时,贾维克博士只有35岁,仅仅因为它是以他的名字命名的,而科尔夫博士已经被遗忘了。在1982年首次成功移植之前,Jarvik 7在动物实验,主要是小牛身上取得了成功,后来才在临床试验中进行了测试。移植后,第一个接受“贾维克7号”的巴内·克拉克活了112天。第二个接受者继续活了620天。在随后的三个受血者中,一个死于失血,另外两个活了10个月和14个月。.本质上,所有患者都死于不同的并发症,如多器官衰竭、中风和感染等。Jarvik 7的主要问题是治疗需要一个“大型气动控制台”,因此患者不能离开医院。这一特色不允许Jarvik 7成为永久性人工心脏植入物。

基本上,Jarvik 7有两个“气动泵”,以40 - 120 bpm(每分钟心跳数)复制心脏功能。每个腔室都有一个由聚亚安酯制成的“盘状机构”,该机构将血液从流入阀通过Jarvik 7推到流出阀。袖口被用来连接贾维克7号到心脏的自然心房。袖口由加强聚氨酯制成的驱动线连接。驱动线也涂有涂层,以促进组织生长。驱动线从病人的左侧插入。一个冰箱大小的大型电子设备为“贾维克”号供电,使其能够运行。该装置还利用电力、压缩空气和真空控制“泵速、泵压和其他基本功能”。Jarvik 7后来被更名为Cardiowest全人工心脏。这是因为最初生产这种设备的塞班在1990年停止了生产,因为他们没有遵守美国食品和药物管理局的要求。麦德福特研究公司从塞班获得了权利,后来它与亚利桑那州图森市的大学医学中心建立了合作关系。这两个组织后来形成了“心脏西部”心脏。因此,Jarvik 7在1991年更名为“西部全人工心脏”。2004年,TAH心脏西部获得了美国食品和药物管理局批准的移植许可。移植的桥梁基本上是指人工心脏只有在找到真正的人类心脏进行移植后才能到位。几年后,于2010年再次更名为“心脏临时医院”TAH医院。临床试验显示,与对照组相比,存活率为“79%对46% ”。移植后1年和5年的存活率分别为“86%和64%”。

第一个“自给式内部人工心脏(AbioCor TAH)”的出现还是21世纪后的事。研究人员研究和测试了这种设备30年。临床试验始于2001年,同年该装置被植入人。2006年,美国食品和药物管理局批准了该法案[19].这种装置的独特之处在于它不需要任何皮下连接,这意味着患者不需要通过刺穿皮肤表面的管子或电线连接到“外部空气泵送机器”。AbioCor TAH重900克。由植入人体的四个部分组成。这四个部分是:电子控制器、胸部单元、锂电池和经皮能量传输装置(TET)。这也包括“两个人工心室和相应的瓣膜”。这个系统有一个液压泵,由一个马达驱动,模拟人的心跳。植入人体的电池由TET和外部电池持续充电。TET通过皮肤传递能量。内置电池的供电时间最长可达30分钟,而外置电池的供电时间最长可达4小时。需要注意的是,AbioCor系统仅适用于双心室心力衰竭患者[20].当左右心室都没有泵出足够的血液来维持身体时,就会发生双心室心力衰竭。基本上,美国食品和药物管理局已经同意AbioCor只能在人道主义装置例外情况下使用[。这次例外后,只有一名患者被移植了AbioCor,后来由于“血栓栓塞和心房吸出事件”的并发症而停止生产。

2010年3月,SynCardia发布了便携式自由驱动心脏。.有了这个装置,病人将不再因为巨大的气动控制台而被限制在医院里。这将使患者在移植人工心脏后获得自由和正常生活的能力。接受人工心脏后,患者通常只能在医院等待人类心脏捐献者。这降低了患者的生活质量并增加了费用。此外,医院没有资源来维持当前的协议。便携式自由驱动器重13磅(约5.9千克),基本上是一个“活塞驱动的气动压缩机”,为TAH提供压力。心率是唯一可调节的参数,在连接到患者之前进行计算。心率的目的是部分填充心室。因此,TAH输出产生了弗兰克·斯塔林效应。弗兰克·斯塔林效应是指心脏的“搏出量”上升,因为血液充满了心脏,额外的血液量导致心室壁扩张,进而引发心肌剧烈收缩。弗兰克·斯塔林回应后,装置内的电动马达推动活塞,允许备用的多余液体。患者甚至可以通过汽车的辅助端口在任何电源插座上为便携式自由驱动器充电。病人甚至有能力用这个设备洗澡。该设备包含可使用3小时的锂电池。这种独特的设备允许TAH的接受者在等待人类心脏捐献者期间成为门诊病人。他们将不再局限于医院。

进入2021年,人工心脏的研究有了新的进展,生物材料被使用,并在该年7月被移植入一位39岁的患者胸腔内。这是由一家名为Carmat的法国公司所研发,在2020年底取得了欧盟认证。这种人工心脏被称为“下一代人工心脏。”

这种人工心脏的特点是不再需要整个“换心”,而只需要将左右心室换掉,还没有排斥反应。

人工心脏有一个液压腔和一个血液腔,由一层薄膜隔开。膜面向血液的一面是由牛心脏的组织构成的,心脏的四个瓣膜也是如此。电动泵将液压流体移入和移出腔室,该流体移动膜以让血液流过。

嵌入式传感器可以在任何给定时刻自动调整血流以适应人体需求;例如,如果他们在锻炼,血流量就会增加。正是这一点让Carmat心脏获得了“下一代”的称号,也是它区别于美国公司制造的人工心脏的地方;美国公司的人工心脏只能以固定心率跳动——这意味着不管什么情况,心脏泵出的血液量是一样多。

该人工心脏重900克,是健康人平均心脏重量的2至3倍。外部设备有点重;患者将不得不携带大约4千克的设备,包括一个控制器、一袋致动器液体和两个电池组。但是这种人工心脏可与医院的系统保持远程连接,这样他的医生就可以监控它,并确保它正常工作。

相比之下,中国人工心脏虽然起步较晚,但技术水平不低。以这次这位山东青岛黄先生安装的“中国心”为例,厚度只有26毫米,直径50毫米,重量不到180克。与美国同类产品相比,在手术侵犯性、感染风险、装置可靠性等关键性能上“中国心”也已经确立优势。从2011年实现关键性结构设计到获批上市,同心医疗的这颗“中国心”历经10年。

据媒体报道,另一家中国企业——心擎医疗的体外磁悬浮人工心脏产品已进入临床实验阶段。此外,一款“深圳心”也准备在全国11家医院启动多中心的临床试验。这款由国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院联合深圳核心医疗研发的人工心脏,泵体重仅90克,是目前全球尺寸最小、重量最轻的磁悬浮离心式人工心脏。随着一颗颗“中国心”的研发上市,未来全球人工心脏市场版图也将发生深刻变化。

人工心脏从理论模型提出,到各国竞相迭代,经历了200多年的漫长岁月,这200年里,不管世事如何变迁,人类向上向善之心没有改变。也正是向上向善之心,才有了人工心脏将无数患者从生死边缘挽回的实例。

(本文仅为回顾,治疗请遵医嘱)

参考资料:

也许你还喜欢

1958年,老人硬闯中南海,事后毛主席不

1958年,北京中南海西门前,只见一位身材高大,面容硬朗的老人满脸怒意,冲着卫兵发脾气:“不是

被虐待烫伤的女童腿保住了,伯父和爷

1月15日有网友爆料,贵州省贵阳市龙里县4岁女孩被“后妈”烫伤。女孩被殴打,全身受伤,还被

袁咏仪做义工摘名牌手机壳,街道书记

临近年关,人员流动大,疫情防控不能松懈,袁咏仪作为明星做好了表率。 1月16日,网上曝光了袁

袁咏仪穿工作服在社区做义工,被路人

疫情防控成为近年来人们首要的话题,虽说在全国上下人民的积极配合下已经有所成效,但也仍

点赞!河南一小学组织学生刮砖体会劳

众所周知,在教育孩子的过程中,培养他们正确的金钱观念是必不可少的。近些年来,特别是自从

世界短跑又出新天才!19岁少年60米彪

北京时间1月16日消息,在美国得克萨斯理工大学举行的Corky Classic室内田径赛中,19岁的Te

武汉一大学生见义勇为 寒夜跳河勇

中国青年报客户端讯(通讯员 刘明杨 郑玲珑 中青报·中青网见习记者 杨洁)1月16日,武昌理

考上大学的盲人女孩,还是没逃过“被

本文经授权转载自真实故事计划(ID:zhenshigushi1) 作者:王慧玲 编辑:吴 寻 01 终于走进人

李亚鹏再婚?女孩容貌清秀接棒嫣然之

李亚鹏,一度被称为“天后背后的男人”。 他和王菲离婚后,生活很低调,很多人都在等王菲和

贵州威宁:小孩闹市走丢 民警助其找

近日,威宁自治县公安局哲觉派出所在“我为群众办实事”实践活动中,为走失小孩找到家人。