人造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,人造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。1982年世界上第一颗人造心脏移植成功。

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    中文名
    人造心脏
    性质
    一种人造器官
    制作材料
    钛、塑料
    重量
    约为0.9千克
    目的
    挽救越来越多的心脏病患者的生命

    1简介

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    人造心脏人造心脏
    人造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。

    人造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,因为很多人在等待心脏捐献的过程中死去。这种人造心脏的跳动与真正的心脏类似,上面覆盖有经过特殊处理的组织以避免引起人类免疫系统的排异反应,尤其是血栓的形成。

    Abiomed公司研发的名为AbioCor的人造心脏有柚子那么大,由钛金属和塑胶制成,现在只能延续患者几个月的生命,标价高达约250,000美元。

    人造心脏本体可取代患者心脏的左右心室,微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔,用以提供动力。外接电池组可通过安装在腹部皮肤下的能量传输装置对微型锂电池进行充电。

     工作原理

    心脏好比人体内部的引擎,驱动人体的各个部分正常运转。从本质上而言,心脏是一种通过肺脏和机体维持供氧和血液循环的肌肉泵。一天之中,人的心脏要压送约7570升的血液。心脏就像引擎一样,如果不小心保护就会损坏,压送血液的效率就会降低,进而会出现心衰。

    对于植入了AbioCor心脏的患者,他们的左右心房也会同时跳动,但同时更换了两个心室的人造心脏每次只能将血液排出一个心室。因此,人造心脏会交替地将血液输送到肺部及人体的其他部位,而不像自然心脏那样同时输送血液。AbioCor人造心脏每分钟能压送10升以上的血液,血量完全可以满足患者一天的活动所需。

    普通成年人的心脏泵血速度为每分钟60100次。如果您读过心脏方面的文章,就会知道心脏的收缩分为两个阶段

    1. 第一阶段,左右心房同时收缩,将血液压送到左右心室。

    2. 第二阶段,左右心室一起收缩,将血液射出心脏。

    然后,心肌将会松弛,以迎接下一次心跳。这样,血液又充满心脏。

    发展历程

    人造心脏人造心脏
    初次的尝试

    1982年,美国犹他大学医学中心的威廉·德夫里斯博士领导的一个手术小组,给一名叫克拉克的心脏病患者植入一颗名叫贾维克的人类第一个人造心脏,开创了人造心脏移植的先河,震惊了世界。

    这颗人造心脏是由犹他医疗小组成员罗伯特·贾维克设计的。它通过两条2米长的软管连到体外的一部机器上,压缩空气维持着这颗人造心脏的跳动。克拉克在手术后不久就能够站起来走几步路,自己吃东西。这颗塑料心脏在他的胸腔里跳动了将近1300万次,维持了112天的生命。

    后来他们又陆续给另外4名病人移植贾维克人造心脏,但其中活的最长的患者只存活了620天。从此,人造心脏的移植处于了停滞阶段。美国在1984年规定,只能用贾维克人造心脏作为过渡,使垂死病人延长生命,等待移植人心。

    艰难前进

    19911月美国亚利桑那大学医学中心和犹他大学美德福特研究基金会联合成立了卡迪奥威斯特公司,在贾维克人造心脏的基础上推出了卡迪奥威斯特人造心脏。

    1993111日,亚利桑那大学医学中心为一名46岁的妇女移植了第一颗卡迪奥威斯特人造心脏作为等待真正心脏的过渡手段。一两个月后人造心脏取出,医生给她移植了人心。

    1993811日,加拿大渥太华心脏研究所宣布,他们研制成功了第一颗永久性的人造心脏。该人造心脏不同于“贾维克”的机械心脏,它能植入人体体内,并维持病人一生的生命。

    首例永久性人造心脏移植

    19951023日,一位64岁的英国退休电影制片人成为世界上第一位接受永久性电动人造心脏的人。这次手术是英国牛津约翰·拉德克里夫医院的史蒂夫·韦斯塔比医生主持实施的。植入的永久性电动人造心脏的设计者是美国德克萨斯心脏研究所,制造者是美国热动力心脏系统公司。

    全植入型人造心脏

    这种人造心脏只有拇指大小,可植入人的心脏内,并能根据人体的活动情况自动调节泵的压力和速度。它通过无线电波从体外的电池组中获得能量,省却了导线,即安全又方便。

    1998年底,美国德克萨斯州著名的外科医生迈克尔·德巴凯和美国宇航局的科学家们共同研制成功一种只有三号电池那么大的全植入式人造心脏。它可以植入患者的胸腔内,每分钟转动1000次,帮助因病症而丧失部分功能的心脏把血液输送到身体的其余部分。

    此次人造心脏植入手术,植入的就是世界上首颗可以完全代替心脏功能并能完整植入体内的人造心脏。

    组成部分
    人造心脏人造心脏

    Abiomed公司研发的AbioCor人造心脏是一种非常精密的医疗仪器,其核心装置是可将工作液体从一侧压送到另一侧的液压泵。

    液压泵--该装置的基本原理与重型设备中使用的液压泵相似,即通过一种不可压缩的液体将作用于某一点的力传到另一点。泵内的齿轮以每分钟10,000转的速度快速旋转来产生压力。

    液压阀--该阀门不断开合,使工作液体从人造心脏的一侧流到另一侧。液体流到右侧时,液压泵通过一个人造心室将血液压送到肺部。液体流到左侧时,液压泵将血液压送到人体的其他部位。

    无线能量传输系统--也称作经皮能量传输系统(TET),该系统包括两个线圈(一个内置线圈,一个外置线圈),用于通过磁力将外置电池中的电能经由皮肤(不会穿透体表)传输到内置电池。内置线圈接收到电能后将其传输到内置电池和控制器装置。

    内置电池--一个植入患者腹内的可充电电池。当内置电池与主电池断开连接时,患者可以依靠内置电池进行某些活动(如洗澡),持续时间为3040分钟。

    外置电池--该电池系在患者腰部的尼龙腰带上。每个可充电电池能提供大约45小时的能量。

    控制器--这种小型电子设备植入患者的腹腔内。它的作用是监控心脏的跳动速度。

    材料结构

    AbioCor心脏由钛和塑料制成,连接以下四个部位:

    右心房

    左心房

    主动脉

    肺动脉

    整个系统的重量约为0.9千克。下一节将介绍外科医生如何在7小时的手术过程中将AbioCor心脏植入患者体内。

    移植AbioCor人造心脏的手术极其精密。该过程中,外科医生不仅要切除和取出原有的左右心室,还要将一个外来物放入胸腔内。患者必须先被放到一台心肺机上,然后再被移走。手术过程中需要缝上数百针,以便将心脏准确固定在人造心室中。移植物将AbioCor与自然心脏的余下部分相连。移植物是一种合成组织,用于将人造装置连接到患者的人体组织。

    2类型

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    永久心脏

    永久人造心脏由4个部分组成,即金属钛制成的心脏本体、一个微型锂电池、一个计算机操纵系统以及外接电池组。人造心脏本体可取代患者心脏的左右心室,微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔,用以提供动力。外接电池组可通过安装在腹部皮肤下的能量传输装置对微型锂电池进行充电。

    美国食品和药物管理局(FDA)宣布,预期仅剩1个月的生命,且不适合接受心脏移植手术的严重心脏病患者,可选择安装一颗永久性人造心脏。这是全球第一种可完全代替心室功能并能完整植入体内的人造心脏,也是美国首次批准投入临床使用的人造器官。

    可移植心脏

    081028日一位法国医生向人们展示了他研制的世界上第一颗完全可移植式人造心脏。在世界首例人类心脏移植手术30年后,这种将动物组织、金属钛和导弹技术完美结合在一起的发明具有革命性意义。

    这个人造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,因为很多人在等待心脏捐献的过程中死去。这种人造心脏的跳动与真正的心脏类似,上面覆盖有经过特殊处理的组织以避免引起人类免疫系统的排异反应,尤其是血栓的形成。

    得益于最近应用于导弹技术中的电子传感器技术,这种心脏还会立即对血压的变化做出反应,根据情况以相应的心率进行搏动。这种人造心脏重约1公斤,其唯一的体外部分是一个有5小时燃料使用期限的电池。

    仿蟑螂心脏

    09319日报道,印度科学家依据蟑螂心脏原理制造出独特的新型人造心脏,造价仅2000美元。印度专家称这种人造心脏的可靠性和安全性都高于西方现有同类产品,能长期不间断地高水平正常工作,但是价格却是后者的三十分之一。

    哈拉格普尔理工学院(Indian Institute of Technology, Kharagpur)开发出了这种人造心脏。这种新型人造心脏的工作原理非常特殊,和传统人造心脏系统存在很大不同,它根据蟑螂的心脏起搏和运行机制研发而成。

    这种新型人造心脏使用的材料是金属和塑料。目前这种新型人造心脏已经在青蛙身上获得了成功的实验,为了便于观察,实验采取心脏外挂方式,即不植入青蛙体内,截至319日,心脏运行状况良好。为了使研究顺利进行下去,在活体动物上做试验已经获得了政府批准,并将于09年五月在山羊身上做类似试验。在活体动物身上完成整个实验过程还需要一年的时间,此后才有可能在人类身上做实验。当然这也同样需要得到政府的支持和允许。

    Jarvik-7

    1982年,威廉德弗里斯博士移植了Jarvik-7Jarvik-7是第一个完全永久性的替换心脏。手术在犹他大学进行,患者是巴尼?克拉克博士,一名西雅图的牙科医生。克拉克依靠该心脏存活了112天,最终死于该装置引起的并发症。

    Jarvik-7是一种空气驱动心脏,由威廉?科尔夫博士和唐?奥尔森博士共同设计。Jarvik-7心脏和独立自足式AbioCor心脏不同,它需要数条外置电线,这些电线从患者身上引出并连接到外部的一个大型设备上。这些电线导致克拉克受到多种感染。

    曾有4名以上的患者使用过Jarvik-7,但后来种种复杂的原因(包括患者染上中风、装置出现机械故障以及心脏结构匹配问题)导致 Jarvik-7最终被停止使用。此后,该装置得到不断改进,并将名称改为CardioWest心脏。现在,它仅供实验使用,并作为一种心脏移植手术前的过渡手段。

    3临床应用

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    临床试验
    人造心脏人造心脏

    美国健康官员周二宣布,那些预计寿命只有一个月而且不适宜做心脏移植手术的严重的心脏病患者,可以考虑植入一个永久性的人造心脏。

    14名植入人造心脏的患者手术后平均能活不到5个月,仅有一人允许出院回家。幸运者只在少数,只有一人活了17个月,另一人10个月。

    AbioCor是首个获得美国食品与药物管理局(FDA)许可,可以给病人植入人造心脏的公司。当局官员表示,40年来一直有人不断申请使用人造心脏,此次正式批准虽然只有范围的限制,但可以说是在人造心脏史上迈出了重要的一步,之前对申请不予批准也是希望人造心脏功能可以更完善些,尽量能延长存活期限。

    移植手术

    1. 外科医生将能量传输线圈植入患者的腹部。

    2. 打开胸骨,将患者置于一台心肺机上。

    3. 外科医生切除患者自身心脏的左右心室,然后将主动脉和肺动脉置于左右心房中。仅这部分手术就花费了两到三个小时。

    4. 将心房补片缝合至患者自身心脏的左右心房。

    5. 在患者胸内放置一个塑料模型,以确定人造心脏在患者体内的正确位置以及适合程度。

    6. 将移植物切割成适当的长度,缝合到主动脉和肺动脉上。

    7. AbioCor置于胸腔内。外科医生采用“快速连接器”(类似于小摁扣)将心脏连接到肺动脉、主动脉和左右心房。

    8. 排出装置中的所有空气。

    9. 将患者从心肺机上移走。

    10. 手术小组确保心脏正常工作。

    遇到问题

    据香港《星岛日报》201145日报道,美国一批科学家正进行一项破天荒的实验和研究,利用先进科技在实验室内培植出首个人类心脏,这个人工培植的心脏可在未来数星期内,开始跳动,为人类医学史揭开新的一页,也为心脏病人带来新希望。这项实验由美国明尼阿波利斯市的明尼苏达大学一批科学家进行,这项培植器官技术除可适用于心脏,理论上也可适用于其它器官例如肝、肺和肾。研究人员首先从心脏捐赠者身上移除心脏,去除肌肉细胞,只剩下蛋白骨干和架构,成为一个“幽灵心脏”。接簦他们注入干细胞,细胞围绕舻鞍坠歉珊图芄梗分裂及自行生长,最终发展成为健康的心脏细胞。

    其中一个主要障碍是如何令这个人工心脏连接复杂的血管系统,把氧气输送到全身各个器官。科学家也要想办法令这个心脏的跳动速度和次数保持正常。

    4社会意义

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    人造心脏瓣膜领域具有世界水平的权威专业知识克服了血栓难题,具有革命性意义。这种发明得益于最近应用于导弹技术中的电子传感器技术,这种心脏会立即对血压的变化做出反应,根据情况以相应的心率进行搏动。

    心脏病是人类的主要杀手,每年有1700万人因此丧生,这个发明的成功可挽救数千患有心脏病患者的生命,因为很多人在等待心脏捐献的过程中死去。这种人造心脏的跳动与真正的心脏类似,上面覆盖有经过特殊处理的组织以避免引起人类免疫系统的排异反应,尤其是血栓的形成。

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    • 浏览次数: 5548 次
    • 更新时间:2014-10-30
    • 创建者:1032615287
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