人工心脏

人工心脏 ----郁闷闷 摘要：人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。人工心脏起搏器实际上是人工制成的一种精密仪器。它能按一定形式的人工脉冲电流刺激心脏，使心脏产生有节律地收缩，不断泵出血液以供应人体的需要。 【关键词】人工心脏 移植 泵功能 免除 心脏疾病 简介 人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。 另一种更常见的关于心脏的仪器是人工心脏起搏器。人工心脏起搏器实际上是人工制成的一种精密仪器。它能按一定形式的人工脉冲电流刺激心脏，使心脏产生有节律地收缩，不断泵出血液以供应人体的需要。人工心脏起搏器可以随时监测患者心脏工作的情况，一旦出现异常情况，它可以“领导”心脏进行有规律地跳动，从而帮助患者免除各种心脏疾病（心动过缓、停搏等）导致的心悸、胸闷、头晕甚至猝死等病症。 分类 人工心脏分为辅助人工心脏和完全人工心脏。辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助，以辅助时间的长短又分为一时性辅助 （二周以内）及永久性辅助（二年）两种。完全人工心脏包括一时性完全人工心脏、以辅助等待心脏移植及永久性完全人工心脏。 要想制成像自然心脏那样精确的组织结构、完全模拟其功能的人工正脏是极不容易的，需要医学、生物物理学、学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。 发展 从广义及泵功能这一角度考虑、人工心脏研究可以回溯到体外循环 的动脉泵开始，即1953年Gibbons将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出，犹如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957年美国KOlff和Akutsn将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时，以此为开端展开了世界性人工心脏研究。1958年日本及前联邦德国均设立了专门研究中心。1964年KOlff利用人工心脏使小牛生存24小时。1966年DcBakey将人工心脏用于瓣膜置换病例，辅助数小时。1968年开始临床研究，1969年动物实验生存为40天。同年Cooley进行了第一个临床病例植入一时性完全人工心脏后因合并症死亡。1970年Nose等的动物实验生存100天。1973年以后，动物实验成活率迅速上升：1976年Kolff试验牛成活 89天、122天；1980年度美和彦试验山羊生存232天、242天、288天；1982年12月1日美国盐湖城犹他大学医学中心人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活为112天。 工作原理 人工心脏起搏器如一个火柴盒般大小，重量约为25-50克，外壳由金属钛铸造而成的精密仪器。它是由一个慢脉冲发生器和与之相连的金属导线组成。 安装心脏起搏器时，医生在患者的上胸部切一条4-6厘米的切口，将心脏起搏器埋入皮下。起搏器连接一金属导线，医生会选定一条静脉血管（常选取的静脉有头静脉、锁骨下静脉、颈外静脉或颈内静脉），通过静脉血管将金属导线插入患者的心脏。这样，当心脏停止跳动或跳动太慢时，起搏器就肝发放电冲动使心脏跳动。 适用患者 目前，心脏起搏器主要用于治疗患有过缓型心律失常心脏疾病的患者，并且唯一的一种既安全而又有显著疗效的治疗方法。 过缓型心律失常的心脏疾病常包括严重心动过缓、窦房阻滞、房颤又伴有心室率缓慢、二度Ⅱ型以上的房室传导阻滞等。 此外，人工心脏起搏器还可以用于有房室传导阻滞的严重心脏衰竭的患者，可以改善心脏衰竭。有些人工心脏起搏器还具有去纤颤的作用，可以减低心室纤颤引起的猝死。 类型及使用寿命 人工心脏起搏器有单腔起搏器、双腔起搏器，因患者所患心脏病的性质不同，从而采取不同类型的起搏器。 一般说来，安装人工心脏起搏器，其使用寿命为5-10年，当到了使用期限后，患者应去医院更换新的起搏器，否则起搏器会因电能耗尽而停止工作，从而使患者发生生命危险。 注意问题 安装人工心脏后注意问题 1、患者应遵照医生的建议，定期去医院接受起搏器的随访检查。如果患者在平时出现心悸不适等情况时，应及时去医院就诊，接受检查，以查明原因。 2、患者在安装心脏起搏器后必须遵医嘱服药。因为必要的服药也可有效的控制患者的病情。 3、尽管现代的人要心脏起搏器已经具有一定的抗电磁波的功能，但较强的电磁辐射仍能干扰心脏起搏器内精密电子系统的正常工作，从而使得患者产生一系列的不适症状，如头痛、头昏、胸闷不舒、倦怠乏力，且多伴有心神不定、精力分散、睡眠不安等症状。 因此，对于安装了人工心脏起搏器的患者，应尽量避免特别强的电磁波辐射，如医院止血用的烧灼刀、大型发电厂的发电机房、电视发射台的天线旁、医院的核磁共振仪器旁等。 而对于一般的电器，患者仍可正常使用，包括电脑、电视机、冰箱、空调机、电热毯、移动电话等。应注意的是移动电话放在心脏起搏器上可以影响心脏起搏器，但只要略微调低心脏起搏器的敏感度，就可避免干扰。 结构材料 1泵的进展 从血流效果上来看分为搏动性血流和非搏动性血流两种。理论上讲搏动性血流更适于人体生理特点，但是它必须有活瓣、弹性隔膜以及巨大的心室容量。而非搏动性人工心脏需要高效的能源与轴承密封或电磁轴承以减少血栓形成，维持正常器官功能，它需要更高的血管内压，并能造成器官血流和生化特点的变化，从全人工心脏的永久性应用来看进一步发展非搏动性泵更有利于人工心脏解决血栓和全置入人体的问题。从泵血的方式来看，传统的气动泵正由可携带性、可置入性、可压缩性好的电动泵代替。 能源的演变 从应用的功能设置来看可分为外置型与内置型和固定型与可移动型，从实用性来看显然可移动内置电源最为理想。想实现这一目标只有在能源技术上进一步研究。主要有三个研究方向：高能电池、高效储电瓶、经皮充电。高能电池最有代表性的设想应属核能电池，但与实际应用还有较大的距离；高效储电瓶的代表产品为锂电的应用，已有多个实验室运用成功的经验；经皮充电是目前研究最热的技术，也是最有希望的技术之一。 2选用材料 高分子材料一直是人工循环的主要应用材料。针对人工心脏的特点聚脂类有较好的应用前途，例如最近研究较多的聚乌拉坦就具有耐用、弹性好、抗老化、顺应性好、组织相溶性好的特点。除此之外还有人将其分子辅基改变、合成进硅和维生素E等进一步改善其特性以更有利于人工器官的应用，今后还有可能利用人工材料的特点体外塑行以微创手术将人工心脏置入人体，或者将人工材料做成人体可降解材料，使其在一定时期后功能完成后自然降解，以免除二次手术。 另外，人工合金对人工心脏也做出了较大的贡献，如镍－钛合金曾经作为人工心脏瓣膜、心室，其坚固性、轻质、表面光滑性非常适于人工心脏。近来有人做成镍－钛－锆合金其优越性更为突出。 3人工心脏的调节 人工心脏的可调节性是其又一突出进展。将人工心脏与集成电路芯片结合起来根据自体适时需要控制人工心脏的做功。如LD－PACEⅡ左室辅助循环可以根据病人的心电图按1：1到1：8调节心脏做功。预计将来可以结合生物传感器根据更多血流动力学指征进行自身调节。 4科技发展 从广义及泵功能这一角度考虑、人工心脏研究可以回溯到体外循环的动脉泵开始，即1953年Gibbons将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出，犹如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957年美国KOlff和Akutsn将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时，以此为开端展开了世界性人工心脏研究。 1958年日本及前联邦德国均设立了专门研究中心。1964年KOlff利用人工心脏使小牛生存24小时。1966年DcBakey将人工心脏用于瓣膜置换病例，辅助数小时。1968年开始临床研究，1969年动物实验生存记录为40天。同年Cooley进行了第一个临床病例植入一时性完全人工心脏后因合并症死亡。 1970年Nose等的动物实验生存100天。1973年以后，动物实验成活率迅速上升：1976年Kolff试验牛成活89天、122天；1980年度美和彦试验山羊生存232天、242天、288天；1982年12月1日美国盐湖城犹他大学医学中心人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活卫112天。 5研究现状 随着对人体生理的认识以及能源与材料技术的发展，全人工心脏（TAH）和长时间心室辅助循环（VADS）得到进一步发展，具体表现在外置气动泵向超压缩电动泵发展，辅助循环向可携带全人工心脏发展，以及由永久性全人工心脏代替同种心脏移植，2001年7月美国已经成功用于人体，但仅刚开始。 人工心脏的临床应用和并发症 1、应用选择及治疗学基础　短期心室支持主要用于辅助心脏渡过其急性期病变的可逆性心脏疾病称为Bridge－to－Recovery和部分短期内可以等到供心的心脏移植患者。前者见于急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心脏人工瓣膜置换术后等，例如TheLD－PACEⅡ。辅助循环可逆性心脏病的机制近年来有许多研究对免疫学、病理学、分子生物学得以深入研究，为其进一步应用提供了依据。人工心脏长期应用主要用于等待同种心脏移植或永久携带全人工心脏患者，见于终末期心脏病患者，可称为Bridge－to－Transplantation。 2、人工心脏的管理　人工心脏的管理包括人工心脏的机械管理和人工心脏携带者并发症的管理。前者的突破在于人工心脏与电脑程序化控制结合和机械工艺的改进。携带者的管理主要针对其并发症出血、栓塞、感染、右心功能衰竭，到目前为止以上并发症仍然是人工心脏应用的主要瓶颈。近来的研究集中在改进人工心脏的材料结构及工艺，总的来看没有突破性进展。有报道将肝素、华法林制定出固定方案有利于抗凝的安全性，但缺乏大规模病人研究。 人工心脏的发展方向 随着人工心脏向小型化、耐用性强及低阻力的发展有可能将来像人工心脏起搏器一样得以广泛应用。人工心脏的发展需要进一步解决四个问题： 1、小型而具有高射血效能； 2、安全可靠的控制系统和能源供应模型； 3、经久耐用的带瓣血室； 4、大量的研究经费。 移植手术 美国医生为病人植入世界第一个完整的人工心脏，为医学界再创新突破。这是首个不需要通过管线与外部电源连接的人工心脏。这起世界首例的手术星期一在美国肯塔基州路易斯市的犹太医院进行，医院发布的声明没有说明病人的身份。这起手术历时7个小时，医生为病人植入人工心脏后，病人目前正“舒适地休息”。 这具人工心脏是由钛金属和塑胶制造，称为AbioCor，2001年1月才获得有关当局批准使用。研发这个人工心脏的麻省Abiomed公司表示，人工心脏可以将病人的生命延长60天至5年。公司希望这个由电池操作的仪器每年能为10万名美国人带来新生。这种新的人工心脏同以往在80年代研发的人工心脏比较，优点是它降低了感染的危险性。不过，这种人工心脏只批准在“末期”的心脏病病人身上使用，这些病人一般上只剩下30天的寿命。 参考文献 聚醚氨酯共价键合肝素的研究 HYPERLINK "http://f.wanfangdata.com.cn/download/Periodical_swyxgcx200001005.aspx" \o "" 罗祥林;段友容;凌鸿 [期刊] -生物医学工程学杂志2000(01) Design and manufacture of a polyvinyl alcohol(PVA) cryogel tri-leaflet heast valve prosthesis Med HYPERLINK "http://d.wanfangdata.com.cn/NSTLQK_NSTL_QKJJ0210304775.aspx" 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