人工心脏

未来的人工心脏
摘要
本文简介了人工心脏的起源、发展历史以及现今人工心脏的分类,简介了起搏器的发展历史，并展望了未来人工心脏的发展方向。

人工心脏是指科学家为了挽救越来越多的心脏病患者的生命，而研制出来的一种人造器官。

人工心脏与人类心脏大小相当，据它的发明者称可以完全替代人类心脏，从而挽救数千患有心脏病患者的生命。

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。

关键词：人工心脏，起搏器，未来展望
人工心脏，即用生物机械手段部分或完全替代心脏的泵血机能，维持全身的血液循环。

按功能划分包括心室辅助血泵（VAD）和全人工心脏（TAH）。

人工心脏移植为一种治疗心衰的手段，是心脏移植术有效的替代方案。

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。

人工心脏也是所有医疗器械中最具挑战性的技术之一，其研发能力从一个侧面代表了一个国家的高端医疗器械科技水平。

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及永久性辅助两种。

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心脏是极不容易的，需要医学、生物物理学、工程学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。

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。

1 容积式血泵（全人工心脏即第一代人工心脏）
容积式（脉动式）血泵在早期开发的全人工心脏和辅助循环装置中的血泵，由于主要模拟人的自然心脏，故这个时期的血泵主要是容积式血泵。

容积式血泵是由一个血袋、控制血流方向的瓣及动力部分组成。

单向瓣允许血液从进口端流入和从出口端流出，当动力部分挤压血袋时，血袋的容积减少，从而把血液挤压出去，类似于心脏的收缩过程；当血袋的压力减少时外部的血液就会流入血袋，类似于心脏的舒张过程。

按血泵的血袋结构可将泵分为两类：
(1)袋的一部分是由易弯曲的膜组成，其余的部分由硬壳组成，称为膜式泵，如Toru Masuzawa开发的血泵、Utah-100全人工心脏中的血泵、Millner等制造的全人工心脏。

(2)袋的全部是由易弯曲的膜组成，称为囊式泵，如宾西法尼亚州立大学和3M康复中心联合制造的人工心脏中的血泵、Erik等制造的全人工心脏。

囊式泵有三种：①气动血泵，靠气体驱动；泵体积比较大，通常动力源置于体外，有比较粗的管路经过皮肤。

②靠液体驱动的电液泵；③直接靠直流无刷电动机驱动的电动泵。

总之，容积式泵缺点是体积大，不易植入；由于有庞大的附属机构，要有管道和线使得内外连通，故易感染；瓣和膜是这类血泵关键部件，它们易损坏，且是血栓易形成的部位；另外，由于与血液的接触面积大，溶血也比较严重。

其优点是这类泵类似于自然的心脏，都是搏动的，与人的正常生理结构相适应，有利于各主要脏器的血液微循环灌注。

中国第三代“人工心脏”获重大突破
2013年05月13日由中国运载火箭技术研究院第十八研究所工学团队和泰达国际心血管病医院医学团队合作，成功研制出中国第一个可植入的、第三代心室辅助装置——磁液双悬浮血泵。

到5月13日，试验羊“天久”已经在泰心医院动物实验中心健康存活61天，创下了国内植入第三代心室辅助装置的最长存活纪录，中国第三代心室辅助装置研制取得重大突破。

研究团队开创性地将航天伺服技术领域的磁悬浮和动压轴承技术应用于离
心血泵，使转子在血液中悬浮旋转，具有完全自主知识产权，达到了国际先进水平，填补了国内空白，共申请了10项专利。

泰达国际心血管病医院院长刘晓程介绍，慢性心力衰竭已日益成为心血管病中最常见、危害最大的疾病之一，是诸多类型心血管疾病殊途同归的终末期表现。

中国截止2013年心衰患者有1600多万。

对于终末期心衰，传统治疗效果差，中远期死亡率高，除循环辅助和心脏移植外，无其他奏效的疗法。

但由于心脏供体匮乏，远远无法满足患者需求，大量心脏病人在等待心脏移植中死亡。

终末期心衰的治疗和护理耗费了大量的资源，已成为全球性社会医疗卫生难题。

心室辅助装置是全世界公认的各类终末期心衰的最有效治疗方法。

从上世界60年代第一代气动血泵、第二代轴流血泵发展到今天的第三代悬浮血泵，经历了几代科学家艰辛的研究历程。

中国上世纪80年代初开始进行心室辅助装置的研究，虽经几代人的努力，
与国外相比仍有较大差距，至今尚无商品化的国产心脏辅助装置供临床应用。

国外虽有商品化的心室辅助装置，但一套装置价格高达50万元－100万元人民币，令国内病人望“泵”兴叹。

因此，研制出性能优良、价格低廉的第三代国产心室辅助装置成为当务之急。

2009年3月，研发团队确定了磁液双悬浮、泵机一体化、电控双冗余的总体技术方案，研制出体积小、质量轻、温升低、方便植入体内的血泵。

针对血泵最难突破的血液相容性和组织相容性问题，研发团队经过艰难攻关，于2012年6月取得突破，在泰心医院动物实验中心的体外溶血测试结果显示，
血泵溶血指标达到国内领先、国际先进水平。

2012年7月，他们在泰心医院进行动物实验，在半年时间内，经过诸多改进创新，共完成了17次动物实验。

研发团队于2013年3月14日为取名“天久”
的绵羊植入血泵，成功地进行了第18次实验。

“天久”术后各项生理指标均正常，至今已健康存活61天，在国内首次实现携带电池与控制器自由活动，达到
了血泵临床植入的模拟状态。

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。

人工心脏的出现无疑是医学史上的巨大进步。

与任何新技术一样,人工
心脏从发展到成熟扔有相当长的路要走，尽管这样，我们有理由相信，人工
心脏有着广阔而美好的未来。

人工心脏起搏器的发展历程
由于国产起搏器的价格和进口起搏品的价格差不多，所以多数人都选择用进口起搏器。

中国市场上的起搏器，主要靠从美国、英国、法国、西班牙、德国、日本等国进口，其中，像英国、法国等这些欧洲国家的产品因为有统一的CE认证，质量比较可靠。

进口心脏起搏器是中国实行强制安全认证制的商品，必须通过国家药监局医疗器械司的认证。

进口产品的公司必须通过ISO系列认证，如果外国公司的产品在国内没有被使用过，进入国内必须在国内通过人体试验，一般要20至30例。

如果有产品在国内使用，则不必实验。

国家药监局医疗器械司通过审批后，在药监局产品注册证原件交海关，由代理商和当地医疗器械部门验证其注册证复印件。

这个产品在中国上市以后，有一个使用安全性反馈。

反馈是代理公司向医院了解情况，不能直接跟踪到使用的个体，所以医疗器械故障率我们没有得不到完全的统计。

人工心脏起搏器的未来展望
经过几十年的发展，心脏起搏器已不仅应用于治疗心脏传导阻滞、慢一快综合征等严重心律失常，同时还显示了它的许多新的治疗作用。

这些新的适应症包括：直立性低血压、恶性神经心源性晕阙、先天性Q-T间期延长综合征和单纯性PR间期延长。

它们将是起搏器未来的应用方向之一。

而以低功耗的未处理芯片为核心部件的起搏电路，将使起搏电路的性能由软件来修改，将改变目前采用全定制设计，每次改进都花费很多人力物理和时间的状况，将大大减少新型起搏电路的开发周期和成本。

随着计算机技术、遥控技术等新技术的发展，将来可能出现完全自动化的起搏器。

这种自动化的脉冲发生器能够根据患者电生理学的基本情况自动适应，借助于时间周期的分析、传感器的输入和自动解析所存储的资料以确定最适宜的起搏方式。

起搏器能够自动的测定新房、心室的起搏和感知阈值，并根据传感器资料自动地程控基础频率。

总之，起搏器的未来，将朝着起搏更生理性、部位更理想性、功能更多元和自动化方向发展，成为集各种性能于一身的装置，为更多疾病的诊断与治疗服务。

虽然人工心脏仍有许多棘手的问题等待解决，但我们并不应当就此对它叫停。

从实际出发，人工现在是病患用以暂时维持生命的不二选择。

但若是随时有人工心脏可用，外科医生便能更好地帮助患者渡过难关，不再有无米之炊的遗憾。

人工心脏是医学与科技在这个时代的结晶，这项研究必将继续走向未来。

参考文献
①王正方.全国心脏起搏2000-2001年度
②李津荣、翁铭庆，人工心脏研究进展1001-1110（2000）
③全国高等学校教材：内科学（第8版）人民卫生出版社
④武文芳、吴兵，人工心脏的历史及其研究进展1672-8270（2008）
⑤韩继鸿，张海澄.心脏起搏的最新进展北京医科大学出版社1999。