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人造心脏不再让你“心碎”

2017/01/17 来源:科技日报
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导读
自上世纪50年代开始,无数科学家一直在尝试研发人造心脏,但结果总是差强人意。据美国《IEEE光谱》杂志近日报道,全球四家公司宣称,他们已经找到了合适的技术。2017年,临床试验和动物测试可能会最终证明,永久性人造心脏有望入驻患者胸腔终身服役。  
  

SynCardia系统公司研制的“全人造心脏”(TAH)植入效果图。

  

Carmat人造心脏植入效果图。

  

BiVACOR公司的人造心脏原型。

  

今日视点 

人类心脏是工程学上的奇迹。在普通成年人的胸腔内,心脏每天会跳动约10万次。人体的血液能上至大脑,下至手指和脚趾,“幕后功臣”正是水泵一样作用的心脏及富有弹性的动脉血管。心脏有四个腔,每侧各一个心房和一个心室,用来泵血液遍及全身。  

自然界如此巧夺天工的设计让工程师们羡慕不已。自上世纪50年代开始,无数科学家一直在尝试研发人造心脏,但结果总是差强人意。据美国《IEEE光谱》杂志近日报道,全球四家公司宣称,他们已经找到了合适的技术。2017年,临床试验和动物测试可能会最终证明,永久性人造心脏有望入驻患者胸腔终身服役。  

模拟自然心脏 

目前,仅美国就有约570万人被诊断为心力衰竭,不少患者只能排队等待心脏移植,但捐赠者寥寥。据悉,美国每年仅有2000到2500名心脏捐赠者,成千上万的重病患者要实施心脏移植手术,需等上数月甚至数年,很多人在等待中死亡。  

总部位于美国亚利桑那州的SynCardia系统公司研制的“全人造心脏(TAH)”已通过美国监管机构的审核。尽管SynCardia TAH功能很好,但目前只能做“心脏移植前的过渡治疗”,每3个月需要更换空气压缩机。  

现在,该公司正招募病人,针对该设备作为永久心脏替代品展开临床试验。该公司首席执行官迈克尔·盖瑞普表示,试验仅招募28名病人,因为已有超过1600例植入手术证明该人造心脏非常安全。  

盖瑞普称,该设备设计简洁,经久耐用,“病人体内几乎没有任何电子产品”。SynCardia公司的心脏用两个塑料心室模拟心脏发挥泵入功能的心室;每个塑料心室被一个膈膜分成两瓣,一边装空气,一边装血液。安装SynCardia TAH的病人,会携带大约6公斤重的空气压缩机,连接管子通过腹部将空气送到两个心室,推动隔膜驱动另一边的血液流通。空气压缩机锤击声很大,频率为每分钟120次。  

法国一家名为Carmat的公司则希望做得更好。该公司首席医疗官皮特·扬森称:“我们的设备悄然无声。”与SynCardia公司的设备一样,Carmat心脏也有两个有膈膜的人造心室,向外按压来泵压血液流通,但其使用的不是压缩空气,而是由植入泵驱动的液压液体。尽管与SynCardia公司的设备相比,Carmat的人造心脏“块头”更大、更重也更复杂,但该公司设计师对其上配备的传感器和能计算心率变化的微处理器极为自豪。  

Carmat人造心脏的首个可行性研究似乎出师不利:三个月内四名病人中就有两人死亡,但工业分析师安德鲁·汤普森表示,这些病人本身就病得很严重,“与其说是设备的失败,还不如说是病人身体本身已经油枯灯尽”。 

该公司希望,2017年底前能通过手术将这一设备植入20名病患体内;2018年能将其作为永久性植入设备在欧洲获得认证。  

消除机械磨损  

另外两家尚未进入临床测试阶段的公司将另辟蹊径,采用一种完全不同的技术。有些专家认为,这一技术更富前景。“人造机械装置不可能长期稳定模拟心脏每年3500万次搏动而不磨损,因为它们不具备心脏的自我修复功能。”  

因此,这两家公司没有使用跳动膈膜,而是使用拥有飞快转动的扇形叶片的离心泵,推动“连续血流”源源不断地穿过动脉。2015年,美国克里夫兰心脏公司(基于美国顶尖综合医疗机构克利夫兰医学中心研发的技术)开展的一项实验,让两只小牛犊健康地活了90天。另一家名为BiVACOR的公司目前正同得克萨斯州心脏研究所合作,用小牛犊正在进行一项为期90天的研究。  

BiVACOR公司的产品设计简洁:一个装有两片叶片的转子在一个小钛室里旋转,一个小叶片压迫血液进入右侧心室到达肺部;更大的叶片让血液流出左边的心室进入循环系统流遍全身。转子在磁场中悬浮,通过摩擦力的消除来进一步减少损耗,磁悬浮技术控制叶片旋转来配合使用者的活动量。  

这款设备从源头上消除了机械磨损和故障,而且只有Carmat心脏1/3大小,能效高、输出量大,适用于各种体型患者。但潜在缺陷是血液产生少量泡沫,可能导致内部出血、中风或其他并发症。  

目前,这两家公司仍在调整自己的设计,希望早日开展人体试验。  

心脏外科医生詹卢卡·托雷格罗萨多次将SynCardia设备植入病人体内,他很看好这两家公司。  

让时间来评判  

上述这四家公司都需要在非常严苛的环境下进行临床试验,从而证明自己的技术切实可行。2017年的多项临床试验可能向我们展示一个由人而非生物学创造的工程学奇迹。 

得克萨斯州心脏研究所技术与创新中心主任、心脏外科医生威廉·科恩说:“或许BiVACOR会被证明是个巨大的失败;或许Carmat后续的人体试验会取得巨大成功,只有时间能揭晓答案。”只要其中的一项技术起作用,就有可能使病人摆脱漫长而痛苦的等待。 

至于永久性TAH的终极目标是什么?它是否能替代心脏移植?这些问题只有交给时间来“评判”。  

(科技日报北京1月15日电)

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