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探索人工心脏

修复受损心脏的需求显得从未如此急迫。仅在美国各地,每年有大约有610,000人死于心脏疾病。心脏移植能够有效预防这类死亡,然而不幸的是,可以进行移植的心脏屈指可数。

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1967年,南非医克里斯蒂安?巴纳德(Christiaan Barnard)在开普敦进行了世界上首例人类心脏移植手术。这为全球心脏移植手术鸣响了前进的号令,很快全球各地的医生开始了心脏移植。


可问题是,病人的免疫系统会排斥外体组织,每一位接受移植心脏的病人都不能在术后活过一年。医生试图用免疫抑制药物来解决这个问题。然而,早期的免疫抑制作用过于有效,而损坏了患者自身的免疫系统,最终使得患者死于感染。这一切似乎又回到了原点。


早期原理


20世纪60年代末,研究人员提出了人工心脏这一解决方案。也许最有影响力的设备是由作为医生和发明家的威廉?科尔夫(Willem Kolff)极力推动的,他还制造了世界上第一台肾透析机。他邀请了一个医学工程师,罗伯特?贾维克(Robert Jarvik)一起在犹他大学工作。由两个泵、两个空气软管和四个阀门组成的人工心脏--贾维克-7,比正常人心脏大两倍还多,只能够植入主要为成年男子的“最大号”患者身上。贾维克-7系统还安装有轮子,有标准冰箱般的大小和重量(尽管不那么高),一般来说,它连接的动力包括压缩空气、真空和电力。


1982年,贾维克和科尔夫赢得了美国食品和药物管理局(FDA)批准将贾维克-7使用于病患身上。同年,获批植入患者体内。他们的第一个病人是一个61岁的牙医巴尼?克拉克(Barney Clark),他用贾维克-7号活了 112天。第二个病人于1984年植入人工心脏,620天后死亡。历史上共有五个病人接受了贾维克-7的永久性植入,所有的人都于术后18个月内死于感染或中风。


这项设备曾被调整更名多次。于撰稿时,它仍旧是世界上唯一获得FDA批准的完全替代人工心脏装置,对于患者来说它是通往心脏移植的桥梁。另一个被广泛使用的人工心脏,是加维科-7的直系后裔,SynCardia。在21世纪初,美国马萨诸塞州的公司ABIOMED推出了一个可永久性替代的新心脏(不同于SynCardia)专门针对心脏衰竭末期并不适合移植手术,而且不能接受任何其他可用的治疗的患者。


但所有这些版本的人工心脏装置,无论他们是为了辅助心脏或完全取代它,都在试图复制心脏的功能,模仿天然的血液流动。产生所谓搏动泵,血液进入人体就像一个真实心脏,以每分钟喷出80次的平均速率来维持生命。当你把你的手指放在你的手腕或胸部时,所感受到的那轻柔的律动是与你的心脏起搏息息相关的。


如今,科学家正在研究一种全新的,不同于以往的心脏——不跳动的心脏。


无“脉动”的心跳


阿基米德螺旋泵是一种古老的抽水设备。本质上,就是在空心管道中放置螺旋,管道的一端放在水中,转动的螺旋将低水位的水抽出来。 1976年,在埃及的医疗志愿团的工作的心脏科医生理查德( Richard ?K?Wampler),看到使用一个这样的装置从河岸抽水的男人。受此启发,他想到,或许这一原理也可适用于输送血液。


Hemopump,一个橡皮擦大小的设备就这样诞生了。当泵内的螺旋桨转动,血液从心脏流入身体的其他部分。这是世界上第一个“不间断”泵:快速旋转的涡轮保证了持续供血,就像你拿着水管给草坪浇水时看到的水流一样。


由于血流的动力不是脉冲的,也就没有“心跳”的产生。患者自身的心跳还是跳动,只是因为用了不间断流动设备,手腕和颈部的脉动无法被探测。


随着现代工程技术的进步,一种新产品应运而生。Impella是ABIOMED最新的心脏原型,它继承了的Hemopump精神。设备内的导管的端部安装有足够小的发动机,并能在体内工作。Impella是现今使用的最小的心脏泵- 比铅笔更小 – 于2015年三月由FDA批准用于临床使用,在心脏手术中,可维持心脏功能6小时。


与此同时,在得克萨斯心脏研究所正在开发HeartMate II。像Hemopump一样,它不会取代心脏,而是作为心脏的一对“拐杖”。大约一个牛油果的尺寸和重量,使得HeartMate II比SynCardia更加适用于广大患者,另外,理论上它的使用寿命能达到十年。。自从FDA批准2010年1月,包括美国前副总统迪克?切尼(Dick Cheney)在内的近20,000人,都使用了HeartMate II,其中20人已经借助设备存活八年以上。几乎所有的人都探测不到脉搏。


未来的“心脏”移植


试想一下,拥挤的人群里面全是没有脉动的心,试问在这样的未来,我们该如何来判定一个人是否还活着。“这很容易”,来自德克萨斯州心脏研究所的威廉?比恩(William (Billy) Cohn)让我的哲思停顿了下来。“当我们挤压拇指,让它从粉红色变成白色,然后回到粉红色, 这表明血液流经了身体。你也可以认为如果呼吸还在,那么这个人就还活着”。


他承认我们将需要一种标准方法来确认一个人的生命体征,如果那些设备再次被植入患者体内。科恩想出了用佩戴手镯,或者纹身的方法来提醒人们,他们是没有脉搏的。


我想知道人们将如何习惯不跳动的心脏。或许就像首次进行心脏移植的时候,人们会排斥,但是总都会变得顺理成章起来,毕竟需要的人大有人在。


“任何新方法都会受到批评,”外科医生登顿?库利(Denton Cooley)说。 “在克里斯蒂安?巴纳德(Christiaan Barnard)做了首例心脏移植的那一天,评论家们的强劲的批评如出一辙,甚至比人工心脏移植的支持者还要强劲,”他说道。 “关于心脏,包括它的功能在内,仍有许多谜团。但大部分的批评,在我看来愚昧无知或者说是迷信。“


库利在1968年5月成功完成了美国第一例心脏移植。在他94岁的时候还一直珍视着1969年那天的记忆,那天,他把第一颗人造心脏移入哈斯克尔卡普(Haskell Karp)体内,“我们看到那颗心脏支撑了这个男人的生命,满足感溢于言表。“


他说:“我一直认为,心脏只有一个功能,那就是维持血液流动,在这方面,这是一个非常简单的器官。”


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