救命的人造心

劉海燕

如果心臟“跳”不動了……

心臟陪伴著人度過一生。在心臟的作用下，血液才得以在人全身流動，血液循環參與物質代謝和能量傳輸等功能。一旦心臟功能受損，人的生命安全就會受到極大的威脅。據報道，全球大約有2200萬人罹患心臟衰竭，而且這一人數仍在快速增長。心臟衰竭是指心臟動力不足，無法泵齪量血液至全身，進而導致呼吸困難、過度疲憊和下肢水腫等，嚴重影響患者的日常生活，甚至危及患者生命。

和健康心臟相比，衰竭心臟的泵血量減少了（“箭頭”表示血流方向和大?。?/p>

心臟衰竭會嚴重影響患者的日常生活，甚至危及患者生命。

心臟是如何把血液泵送到全身的？

心臟就像一個“水泵”，掌管著“抽水”和“排水”，我們可以將心臟想象成兩宣兩廳的兩層小樓房，其中上層是左右心房，下層是左右心室。首先，心室收縮時，身體的缺氧血會從靜脈流入右心房，再流入右心室，然后右心室把缺氧血泵入肺部。缺氧血在肺部釋放二氧化碳并吸收氧氣，變為充氧血，流入左心房，經過左心室后被泵送至全身，流至全身的血液供細胞呼吸后又生產二氧化碳和代謝物，又變回缺氧血，再次流回至心臟（右心房）……所以，心臟的跳動維持著全身的血液循環，帶給其他器官氧氣和養分。一顆健康的心臟每天要跳動約10萬次，才能保證人體正常運轉。

人體血液循環示意圖

目前，在心衰患者中，約44%的人正依靠強心藥來維持生命。約23%的人依靠心室輔助裝置來維持心臟功能。同時等待進行心臟移植。然而。與其他移植器官相比，供體心臟的短缺更為嚴重。為了解決這一難題，科學家將目光轉移到了研發人工心臟上。

心室輔助裝置Impella5.5通過泵從左心室抽取血液，并將血液從導管排出至升主動脈

什么是人工心臟？

人工心臟是一種可植人體內的裝置，分為輔助人工心臟和完全人工心臟兩類，用以代替心臟的部分或全部功能。簡單來講，人工心臟的作用就是幫助或代替心臟泵血，為心衰患者的全身血液循環提供源源不斷的動力。

目前，人工心臟在臨床上的應用主要分為三個方面：第一，作為等待進行心臟移植的過渡期的替代品，為患者爭取更多的時間，以尋找到合適的供體;第二，為急性心衰患者提供短期替代支持，待心臟功能恢復后撤除;第三，為終末期心衰患者提供長期替代，支持患者攜帶人工心臟長期生存。

從理論上講，任伺形式的“水泵”都可以作為機槭式的人工心臟。但由于人體的特殊性，“水泵”帶動血液流動的速度、“水泵”的便攜性、由“水泵”引起的免疫反應以及“水泵”的穩定性。都是必須考慮的方面。

綜合以上方面，科研人員研發了另一種全人工心臟——全磁懸浮人工心臟。

國產全磁懸浮人工心臟

全磁懸浮人工心臟的原理并不復雜，只需要利用磁力使轉子（旋轉式機械的轉動部分）懸浮在腔體中，并通過控制電流來實現轉子的轉動。這和磁懸浮列車的原理大同小異，甚至和磁懸浮玩具沒什么區別。但作為和患者長期共存的醫療器械，全磁懸浮人工心臟的運行穩定性可達到極高的要求，同時其體積大小和生物相容性對人體的影響也比之前的人工心臟好得多。

磁懸浮地球儀

目前。蘇州大學人工器官研究所研發的新型全磁懸浮人工心臟處于世界領先水平。其外觀像一只蝸牛，主要材質為鈦合金。該裝置的直徑僅為50毫米，厚度僅為26毫米，重量不到180克。該裝置利用電磁鐵、永磁體和轉子等構成泵體，實現對血流的驅動。

全磁懸浮人工心臟泵體中的核心部分是一個鋸齒狀的轉子，其上方和下方分別是電磁鐵和永磁體，二者產生的磁場使轉子懸浮于泵體中。通過改變電磁鐵的電流大小來改變磁場強度，產生不斷變化的磁力，帶動轉子轉動。泵體通過兩根導管來分別引入和導出血液。由于轉子結構的特殊性，其在轉動過程中會對導管中的血液施加一個負壓的吸力，來將血液“吸入”泵中，同時又會對被“吸入”泵中的血液施加一個正壓的推力，使血液從另一只導管泵出，從而模仿血液在心臟中的泵送過程。

與普通轉子相比。全磁懸浮人工心臟的轉子還具備一定的減震功能，旨在提高裝置隨人體移動時的運行穩定性。在生物相容性方面，由于懸浮的轉子不需要血液作為轉動的潤滑劑，而且實現了比液體動壓軸承大得多的懸浮間隙，因此大大減輕了對血液成分的破壞。

電動磁懸浮裝置示意圖

如今，這種全磁懸浮人工心臟還處在臨床試驗階段。第一位接受移植試驗的是一位來自河北省的青年心衰患者。在未接受移植前，該患者常感到身體綿軟無力、呼吸困難，每天基本上只能躺在床上休息。2021年1月，全磁懸浮人工心臟被成功移植到該患者體內。據患者自述，手術前走二三十米都喘得厲害，現在走1000米都沒問題，而且還可以自己上下樓梯，不需要別人攙扶?；緦崿F了生活完全自理。

不算復雜的原理結合高難度的技術，造就了全磁懸浮人工心臟。相信在不久的將來，全磁懸浮人工心臟將會為更多的心衰患者帶來全新的“心跳”。

轉動著的鋸齒狀的轉子

人工心臟的發展歷史

早在20世紀中葉，科學家就開啟了對人工心臟的探索道路。1953年，全球第一臺心肺機為一名接受手術的心臟病患者實現了26分鐘的完全呼吸一循環支持，初步證實了用人工器械模擬心臟功能的可行睦。1957年，第一顆人工心臟問世。醫生把它植入一只狗體內，但這只狗僅繼續存活了90分鐘。1969年，全球第一例人工心臟植入手術成功完成，為一名等待接受人體心臟移植的患者爭取了64小時的寶貴時間，但該患者在接受人體心臟移植32小時后死于感染性肺炎。1981年，全球第二例人工心臟移植手術完成，接受移植的患者在繼續存活55小時后接受了人體心臟移植。不幸的是，這名患者在接受人體心臟移植10天后死于感染，腎衰竭和肺部并發癥。1982年，全人工心臟被首次植入一位61歲患者體內，該患者于112天后死亡。2004年，經過改進的全人工心臟問世。在接受移植的患者中，存活時間最長的達1374天。

到了20世紀90年代，以搏動式血泵為核心的全人工心臟問世，但因其對血液成分破壞嚴重，接受者溶血（血紅細胞不正常分解和死亡）和血栓發生率高，且體積大、使用壽命短，已基本被淘汰。進入21世紀后，旋轉式血泵成為人工心臟領域的主流產品。其中，第一代（機械接觸式軸承）和第二代（液體動壓軸承）也因為對血液成分破壞嚴重，都相繼被市場淘汰。

第三代全人工心臟以全磁懸浮式血泵為核心部件。與前兩代相比，其優點是轉子易控制、壽命長、對血細胞破壞?。◤亩芙档脱ê腿苎陌l生概率），體積?。ㄟm用于體內移植）以及功耗低。全磁懸浮人工心臟的研發，使全人工心臟領域邁向了一個新的階段。

早期接受全人工心臟移植的心衰患者需要時刻有人陪伴在旁，以防止機器故障;移植者需要永遠和電源包保持連接，同時必須服用大量的血液稀釋劑來維持正常體溫;亮移植者不能泡水，無法常去公共場合，因為其電源包會一直發出嗡嗡的聲音，引人側目