人工心臟

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人工心臟是在解剖學生理學上代替人體因重症喪失功能不可修復的自然心髒的一種人工臟器。人工心臟起搏器實際上是人工製成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈衝電流刺激心臟,使心臟產生有節律地收縮,不斷泵出血液以供應人體的需要。

簡介

人工心臟(AbioCor IRH)

  人工心臟是在解剖學、生理學上代替人體因重症喪失功能不可修復的自然心髒的一種人工臟器。   另一種更常見的關於心髒的儀器是人工心臟起搏器。人工心臟起搏器實際上是人工製成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈衝電流刺激心臟,使心臟產生有節律地收縮,不斷泵出血液以供應人體的需要。人工心臟起搏器可以隨時監測患者心臟工作的情況,一旦出現異常情況,它可以「領導」心臟進行有規律地跳動,從而幫助患者免除各種心臟疾病心動過緩、停搏等)導致的心悸胸悶頭暈甚至猝死病癥

分類

  人工心臟分為輔助人工心臟和完全人工心臟。輔助人工心臟有心室輔助、右心室輔助和雙心室輔助,以輔助時間的長短又分為一時性輔助 (二周以內)及永久性輔助(二年)兩種。完全人工心臟包括一時性完全人工心臟、以輔助等待心臟移植及永久性完全人工心臟。   要想製成像自然心臟那樣精確的組織結構、完全模擬其功能的人工正臟是極不容易的,需要醫學生物物理學工程學電子學等多學科的綜合應用及相當長時期的研究。

發展

  從廣義及泵功能這一角度考慮、人工心臟研究可以回溯到體外循環

人工心臟

動脈泵開始,即1953年Gibbons將體外循環應用於臨床。心肺機利用滾筒泵擠壓泵管將血泵出,猶如自然的搏血功能進行體外循環。而人工心臟這個血液泵恰是受此啟發而開始研究的。1957年美國KOlff和Akutsn將聚乙烯基鹽製成的人工心臟植於人體內生存一個半小時,以此為開端展開了世界性人工心臟研究。1958年日本及前聯邦德國均設立了專門研究中心。1964年KOlff利用人工心臟使小牛生存24小時。1966年DcBakey將人工心臟用於瓣膜置換病例,輔助數小時。1968年開始臨床研究,1969年動物實驗生存記錄為40天。同年Cooley進行了第一個臨床病例植入一時性完全人工心臟后因合併症死亡。1970年Nose等的動物實驗生存100天。1973年以後,動物實驗成活率迅速上升:1976年Kolff試驗牛成活 89天、122天;1980年度美和彥試驗山羊生存232天、242天、288天;1982年12月1日美國鹽湖城猶他大學醫學中心人工心臟研究小組為一患者植入完全人工心臟使其存活為112天。

工作原理

  人工心臟起搏器如一個火柴盒般大小,重量約為25-50克,外殼由金屬鈦鑄

人工心臟

造而成的精密儀器。它是由一個慢脈衝發生器和與之相連的金屬導線組成。   安裝心臟起搏器時,醫生在患者的上胸部切一條4-6厘米的切口,將心臟起搏器埋入皮下。起搏器連接一金屬導線,醫生會選定一條靜脈血管(常選取的靜脈有頭靜脈鎖骨下靜脈、頸外靜脈或頸內靜脈),通過靜脈血管將金屬導線XX患者的心臟。這樣,當心臟停止跳動或跳動太慢時,起搏器就肝發放電衝動使心臟跳動。

適用患者

人工心臟

  目前,心臟起搏器主要用於治療患有過緩型心律失常心臟疾病的患者,並且唯一的一種既安全而又有顯著療效的治療方法。   過緩型心律失常的心臟疾病常包括嚴重心動過緩、竇房阻滯、房顫又伴有心室率緩慢、二度Ⅱ型以上的房室傳導阻滯等。   此外,人工心臟起搏器還可以用於有房室傳導阻滯的嚴重心臟衰竭的患者,可以改善心臟衰竭。有些人工心臟起搏器還具有去纖顫的作用,可以減低心室纖顫引起的猝死。

類型及使用壽命

  人工心臟起搏器有單腔起搏器、雙腔起搏器,因患者所患心臟病性質不同,從而採取不同類型的起搏器。   一般說來,安裝人工心臟起搏器,其使用壽命為5-10年,當到了使用期限后,患者應去醫院更換新的起搏器,否則起搏器會因電能耗盡而停止工作,從而使患者發生生命危險。

注意問題

  安裝人工心臟后注意問題   1、患者應遵照醫生的建議,定期去醫院接受起搏器的隨訪

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檢查。如果患者在平時出現心悸不適等情況時,應及時去醫院就診,接受檢查,以查明原因。   2、患者在安裝心臟起搏器后必須遵醫囑服藥。因為必要的服藥也可有效的控制患者的病情。   3、儘管現代的人要心臟起搏器已經具有一定的抗電磁波的功能,但較強的電磁輻XX仍能幹擾心臟起搏器內精密電子系統的正常工作,從而使得患者產生一系列的不適癥狀,如頭痛頭昏、胸悶不舒、倦怠乏力,且多伴有心神不定精力分散、睡眠不安等癥狀。   因此,對於安裝了人工心臟起搏器的患者,應盡量避免特彆強的電磁波輻XX,如醫院止血用的燒灼刀、大型發電廠的發電機房、電視發XX台的天線旁、醫院的核磁共振儀器旁等。   而對於一般的電器,患者仍可正常使用,包括電腦、電視機、冰箱、空調機、電熱毯、行動電話等。應注意的是行動電話放在心臟起搏器上可以影響心臟起搏器,但只要略微調低心臟起搏器的敏感度,就可避免干擾。

結構材料

泵的進展

人工心臟

  從血流效果上來看分為搏動性血流和非搏動性血流兩種。理論上講搏動性血流更適於人體生理特點,但是它必須有活瓣、彈性隔膜以及巨大的心室容量。而非搏動性人工心臟需要高效的能源與軸承密封或電磁軸承以減少血栓形成,維持正常器官功能,它需要更高的血管內壓,並能造成器官血流和生化特點的變化,從全人工心髒的永久性應用來看進一步發展非搏動性泵更有利於人工心臟解決血栓和全置入人體的問題。從泵血的方式來看,傳統的氣動泵正由可攜帶性、可置入性、可壓縮性好的電動泵代替。

能源的演變

  從應用的功能設置來看可分為外置型與內置型和固定型與可移動型,從實用性來看顯然可移動內置電源最為理想。想實現這一目標只有在能源技術上進一步研究。主要有三個研究方向:高能電池、高效儲電瓶、經皮充電。高能電池最有代表性的設想應屬核能電池,但與實際應用還有較大的距離;高效儲電瓶的代表產品為鋰電的應用,已有多個實驗室運用成功的經驗;經皮充電是目前研究最熱的技術,也是最有希望的技術之一。

選用材料

  高分子材料一直是人工循環的主要應用材料。針對人工心髒的特點聚脂類

人工心臟

有較好的應用前途,例如最近研究較多的聚烏拉坦就具有耐用、彈性好、抗老化、順應性好、組織相溶性好的特點。除此之外還有人將其分子輔基改變、合成進硅和維生素E等進一步改善其特性以更有利於人工器官的應用,今後還有可能利用人工材料的特點體外塑行以微創手術將人工心臟置入人體,或者將人工材料做成人體可降解材料,使其在一定時期后功能完成後自然降解,以免除二次手術。   另外,人工合金對人工心臟也做出了較大的貢獻,如鎳-鈦合金曾經作為人工心臟瓣膜、心室,其堅固性、輕質、表面光滑性非常適於人工心臟。近來有人做成鎳-鈦-鋯合金其優越性更為突出。

人工心髒的調節

  人工心髒的可調節性是其又一突出進展。將人工心臟與集成電路晶元結合起來根據自體適時需要控制人工心髒的做功。如LD-PACEⅡ左室輔助循環可以根據病人心電圖按1:1到1:8調節心臟做功。預計將來可以結合生物感測器根據更多血流動力學指征進行自身調節

科技發展

  從廣義及泵功能這一角度考慮、人工心臟研究可以回溯到體外循環的動脈泵開始,即1953年Gibbons將體外循環應用於臨床。心肺機利用滾筒泵擠壓泵管將血泵出,猶如自然的搏血功能進行體外循環。而人工心臟這個血液泵恰是受此啟發而開始研究的。1957年美國KOlff和Akutsn將聚乙烯基鹽製成的人工心臟植於人體內生存一個半小時,以此為開端展開了世界性人工心臟研究。   1958年日本及前聯邦德國均設立了專門研究中心。1964年KOlff利用人工心臟使小牛生存24小時。1966年DcBakey將人工心臟用於瓣膜置換病例,輔助數小時。1968年開始臨床研究,1969年動物實驗生存記錄為40天。同年Cooley進行了第一個臨床病例植入一時性完全人工心臟后因合併症死亡。   1970年Nose等的動物實驗生存100天。1973年以後,動物實驗成活率迅速上升:1976年Kolff試驗牛成活89天、122天;1980年度美和彥試驗山羊生存232天、242天、288天;1982年12月1日美國鹽湖城猶他大學醫學中心人工心臟研究小組為一患者植入完全人工心臟使其存活衛112天。

研究現狀

  隨著對人體生理的認識以及能源與材料技術的發展,全人工心臟(TAH)和長時間心室輔助循環(VADS)得到進一步發展,具體表現在外置氣動泵向超壓縮電動泵發展,輔助循環向可攜帶全人工心臟發展,以及由永久性全人工心臟代替同種心臟移植,2001年7月美國已經成功用於人體,但僅剛開始。   人工心髒的臨床應用和併發症   1、應用選擇及治療學基礎 短期心室支持主要用於輔助心臟渡過其急性期病變的可逆性心臟疾病稱為Bridge-to-Recovery和部分短期內可以等到供心的心臟移植患者。前者見於急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心臟人工瓣膜置換術后等,例如TheLD-PACEⅡ。輔助循環可逆性心臟病的機制近年來有許多研究對免疫學病理學分子生物學得以深入研究,為其進一步應用提供了依據。人工心臟長期應用主要用於等待同種心臟移植或永久攜帶全人工心臟患者,見於終末期心臟病患者,可稱為Bridge-to-Transplantation。   2、人工心髒的管理 人工心髒的管理包括人工心髒的機械管理和人工心臟攜帶者併發症的管理。前者的突破在於人工心臟與電腦程序化控制結合和機械工藝的改進。攜帶者的管理主要針對其併發症出血、栓塞、感染、右心功能衰竭,到目前為止以上併發症仍然是人工心臟應用的主要瓶頸。近來的研究集中在改進人工心髒的材料結構及工藝,總的來看沒有突破性進展。有報道將肝素、華法林制定出固定方案有利於抗凝的安全性,但缺乏大規模病人研究。   人工心髒的發展方向   隨著人工心臟向小型化、耐用性強及低阻力的發展有可能將來像人工心臟起搏器一樣得以廣泛應用。人工心髒的發展需要進一步解決四個問題:   1、小型而具有高XX血效能;   2、安全可靠的控制系統和能源供應模型;   3、經久耐用的帶瓣血室;   4、大量的研究經費。

移植手術

  美國醫生為病人植入世界第一個完整的人工心臟,為醫學界再創新突破。這是首個不需要通過管線與外部電源連接的人工心臟。這起世界首例的手術星期一在美國肯塔基州路易斯市的猶太醫院進行,醫院發布的聲明沒有說明病人的身份。這起手術歷時7個小時,醫生為病人植入人工心臟后,病人目前正「舒適地休息」。   這具人工心臟是由鈦金屬和塑膠製造,稱為AbioCor,2001年1月才獲得有關當局批准使用。研發這個人工心髒的麻省Abiomed公司表示,人工心臟可以將病人的生命延長60天至5年。公司希望這個由電池操作的儀器每年能為10萬名美國人帶來新生。這種新的人工心臟同以往在80年代研發的人工心臟比較,優點是它降低了感染的危險性。不過,這種人工心臟只批准在「末期」的心臟病病人身上使用,這些病人一般上只剩下30天的壽命。

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