人工心臟
人工心臟,即用生物機(jī)械手段部分或完全替代心臟的泵血機(jī)能,維持全身的血液循環(huán)。按功能劃分包括心室輔助血泵(VAD)和全人工心臟(TAH)。人工心臟移植為一種治療心衰的手段,是心臟移植術(shù)有效的替代方案。人工心臟是在解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。人工心臟起搏器實(shí)際上是人工制成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈沖電流刺激心臟,使心臟產(chǎn)生有節(jié)律地收縮,不斷泵出血液以供應(yīng)人體的需要。人工心臟也是所有醫(yī)療器械中最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)之一,其研發(fā)能力從一個(gè)側(cè)面代表了一個(gè)國(guó)家的高端醫(yī)療器械科技水平。人工心臟在美國(guó)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化,2012年銷售額突破5億美元,成為心血管醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新的分支,其價(jià)格高達(dá)每套10萬(wàn)美元。法國(guó)巴黎時(shí)間2013年12月21日,喬治 蓬皮杜歐洲醫(yī)院的醫(yī)療研究組完成了首例人造心臟移植手術(shù)的臨床試驗(yàn),這將大大改善器官短缺的現(xiàn)狀。
2019年8月26日,“重慶造”植入式左心室輔助系統(tǒng)EVAHEARTI已獲國(guó)家藥監(jiān)局批復(fù)上市。
人工心臟是在解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。人工心臟起搏器實(shí)際上是人工制成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈沖電流刺激心臟,使心臟產(chǎn)生有節(jié)律地收縮,不斷泵出血液以供應(yīng)人體的需要。
人工心臟,即用生物機(jī)械手段部分或完全替代心臟的泵血機(jī)能,維持全身的血液循環(huán)。按功能劃分包括心室輔助血泵(VAD)和全人工心臟(TAH)。人工心臟移植為一種治療心衰的手段,是心臟移植術(shù)有效的替代方案。
1958年日本及前聯(lián)邦德國(guó)均設(shè)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(shí)。1966年人工心臟(AbioCor IRH)DcBakey將人工心臟用于瓣膜置換病例,輔助數(shù)小時(shí)。1968年開(kāi)始臨床研究,1969年動(dòng)物實(shí)驗(yàn)生存記錄為40天。同年Cooley進(jìn)行了第一個(gè)臨床病例植入一時(shí)性完全人工心臟后因合并癥死亡。1970年Nose等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)生存100天。1973年以后,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成活率迅速上升:1976年Kolff試驗(yàn)牛成活 89天、122天;1980年度美和彥試驗(yàn)山羊生存232天、242天、288天;1982年12月1日美國(guó)鹽湖城猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)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;日本Terumo還開(kāi)發(fā)出了通過(guò)磁石使輸送血液的泵的葉輪以懸浮狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)。由于葉輪不接觸任何地方,因此不會(huì)出現(xiàn)此前人工心臟所具有的最大缺點(diǎn)--產(chǎn)生血栓。在1997年以羊?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象的試驗(yàn)中,創(chuàng)下了人工心臟存活864天的全球最高紀(jì)錄,這一技術(shù)堪稱是世界最高水平。
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(huán)的動(dòng)脈泵開(kāi)始,即1953年Gibbons將體外循環(huán)應(yīng)用于臨床。心肺機(jī)利用滾筒泵擠壓泵管將血泵出,猶如自然的搏血功能進(jìn)行體外循環(huán)。而人工心臟這個(gè)血液泵恰是受此啟發(fā)而開(kāi)始研究的。1957年美國(guó)KOlff和Akutsn將聚乙烯基鹽制成的人工心臟植于人體內(nèi)生存一個(gè)半小時(shí),以此為開(kāi)端展開(kāi)了世界性人工心臟研究。
隨著對(duì)人體生理的認(rèn)識(shí)以及能源與材料技術(shù)的發(fā)展,全人工心臟(TAH)和長(zhǎng)時(shí)間心室輔助循環(huán)(VADS)得到進(jìn)一步發(fā)展,具體表現(xiàn)在外置氣動(dòng)泵向超壓縮電動(dòng)泵發(fā)展,輔助循環(huán)向可攜帶全人工心臟發(fā)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(guó)已經(jīng)成功用于人體,但僅剛開(kāi)始。
從血流效果上來(lái)看分為搏動(dòng)性血流和非搏動(dòng)性血流兩種。理論上講搏動(dòng)性血流更適于人體生理特點(diǎn),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(dòng)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(nèi)壓,并能造成器官血流和生化特點(diǎn)的變化,從全人工心臟的永久性應(yīng)用來(lái)看進(jìn)一步發(fā)展非搏動(dòng)性泵更有利于人工心臟解決血栓和全置入人體的問(wèn)題。從泵血的方式來(lái)看,傳統(tǒng)的氣動(dòng)泵正由可攜帶性、可置入性、可壓縮性好的電動(dòng)泵代替。
1 容積式血泵(全人工心臟即第一代人工心臟)
人工心臟
容積式(脈動(dòng)式)血泵 在早期開(kāi)發(fā)的全人工心臟和輔助循環(huán)裝置中的血泵,由于主要模擬人的自然心臟,故這個(gè)時(shí)期的血泵主要是容積式血泵。容積式血泵是由一個(gè)血袋、控制血流方向的瓣及動(dòng)力部分組成。單向瓣允許血液從進(jìn)口端流入和從出口端流出,當(dāng)動(dòng)力部分?jǐn)D壓血袋時(shí),血袋的容積減少,從而把血液擠壓出去,類似于心臟的收縮過(guò)程;當(dāng)血袋的壓力減少時(shí)外部的血液就會(huì)流入血袋,類似于心臟的舒張過(guò)程。按血泵的血袋結(jié)構(gòu)可將泵分為兩類:
(1)袋的一部分是由易彎曲的膜組成,其余的部分由硬殼組成,稱為膜式泵,如Toru Masuzawa開(kāi)發(fā)的血泵、Utah-100全人工心臟中的血泵、Millner等制造的全人工心臟。
(2)袋的全部是由易彎曲的膜組成,稱為囊式泵,如賓西法尼亞州立大學(xué)和3M康復(fù)中心聯(lián)合制造的人工心臟中的血泵、Erik等制造的全人工心臟。囊式泵有三種:①氣動(dòng)血泵,靠氣體驅(qū)動(dòng);泵體積比較大,通常動(dòng)力源置于體外,有比較粗的管路經(jīng)過(guò)皮膚。②靠液體驅(qū)動(dòng)的電液泵;③直接靠直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)泵。
總之,容積式泵缺點(diǎn)是體積大,不易植入;由于有龐大的附屬機(jī)構(gòu),要有管道和線使得內(nèi)外連通,故易感染;瓣和膜是這類血泵關(guān)鍵部件,它們易損壞,且是血栓易形成的部位;另外,由于與血液的接觸面積大,溶血也比較嚴(yán)重。其優(yōu)點(diǎn)是這類泵類似于自然的心臟,都是搏動(dòng)的,與人的正常生理結(jié)構(gòu)相適應(yīng),有利于各主要臟器的血液微循環(huán)灌注。
全人工心臟的臨床應(yīng)用和并發(fā)癥
1、應(yīng)用選擇及治療學(xué)基礎(chǔ) 短期心室支持主要用于輔助心臟渡過(guò)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(nèi)可以等到供心的心臟移植患者。前者見(jiàn)于急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心臟人工瓣膜置換術(shù)后等,例如TheLD-PACEⅡ。輔助循環(huán)可逆性心臟病的機(jī)制有許多研究對(duì)免疫學(xué)、病理學(xué)、分子生物學(xué)得以深入研究,為其進(jìn)一步應(yīng)用提供了依據(jù)。人工心臟長(zhǎng)期應(yīng)用主要用于等待同種心臟移植或永久攜帶全人工心臟患者,見(jiàn)于終末期心臟病患者,可稱為Bridge-to-Transplantation。
2、全人工心臟的管理 人工心臟的管理包括人工心臟的機(jī)械管理和人工心臟攜帶者并發(fā)癥的管理。前者的突破在于人工心臟與電腦程序化控制結(jié)合和機(jī)械工藝的改進(jìn)。攜帶者的管理主要針對(duì)其并發(fā)癥出血、栓塞、感染、右心功能衰竭,到目前為止以上并發(fā)癥仍然是人工心臟應(yīng)用的主要瓶頸。研究集中在改進(jìn)人工心臟的材料結(jié)構(gòu)及工藝,總的來(lái)看沒(méi)有突破性進(jìn)展。有報(bào)道將肝素、華法林制定出固定方案有利于抗凝的安全性,但缺乏大規(guī)模病人研究。
全人工心臟的發(fā)展方向
隨著人工心臟向小型化、耐用性強(qiáng)及低阻力的發(fā)展有可能將來(lái)像人工心臟起搏器一樣得以廣泛應(yīng)用。人工心臟的發(fā)展需要進(jìn)一步解決四個(gè)問(wèn)題:
1、小型而具有高射血效能;
2、安全可靠的控制系統(tǒng)和能源供應(yīng)模型;
3、經(jīng)久耐用的帶瓣血室;
4、大量的研究經(jīng)費(fèi)。
2 左心室輔助裝置(第二代人工心臟)
葉片式血泵
葉片式血泵 由于各種容積式血泵存在上述的缺點(diǎn)嚴(yán)重制約其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用,于是人們開(kāi)始研究體積小、可植入 式的葉片泵。由于葉片泵是平流泵,與人的搏動(dòng)血流不一樣。故在研究葉片泵的同時(shí)人們一直廣泛地探討平流對(duì)人體生理狀態(tài)的影響,有的學(xué)者認(rèn)為:在急性左心衰的早期治療過(guò)程中,搏動(dòng)式輔助循環(huán)對(duì)腎臟、外周器官及細(xì)胞的新陳代謝將產(chǎn)生優(yōu)越的血流,另一方面,非搏動(dòng)流對(duì)維持體循環(huán)無(wú)效,若連續(xù)輔助時(shí)間超過(guò)三個(gè)小時(shí),將會(huì)對(duì)一些主要器官產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。但Hindman 等在1995年報(bào)道了,雖然在低溫條件下,搏動(dòng)的心臟轉(zhuǎn)流對(duì)腦的血液循環(huán)和代謝比非搏動(dòng)的心肺轉(zhuǎn)流要優(yōu)越得多;而在37℃時(shí)對(duì)兔子的左心轉(zhuǎn)流過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其腦血流量和腦代謝耗氧量搏動(dòng)流和平流差別不大。1977年,Nose等發(fā)現(xiàn):如果使用平流泵泵出的血流量比所需搏動(dòng)血泵流量大20%時(shí),將不會(huì)發(fā)生異常的生理循環(huán)。
葉片式血泵的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,體積小,易于植入;與血液接觸面積小,抗血栓性能好;因可植入,感染問(wèn)題也可得到較好解決;耐久性好;低功耗;易于操作;價(jià)格也較低等。研究較多的葉片血泵主要包括離心泵和軸流泵,下面分別敘述之:
(1)離心血泵
離心血泵是將葉片裝在軸上,當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí),這些葉片將引導(dǎo)血液并將其拋至外沿,葉片對(duì)血液的動(dòng)力作用將形成動(dòng)脈壓,顯然,壓力的大小取決于葉輪的轉(zhuǎn)速,一般情況下,轉(zhuǎn)速越高則所形成的動(dòng)脈壓也越高。屬于這種類型的血泵有:Biomedicus(Minneapolis,MN)離心泵、錢坤喜等研制的血泵、Delphin離心泵、Sarns離心泵等。Biomedicus(Minneapolis,MN)離心泵、Sarns離心泵已應(yīng)用于臨床。其它的還在研究中,而Nojiri等研制的微型懸浮式磁力耦合離心泵,葉片靠磁力懸浮在泵內(nèi),無(wú)需支撐,從而解決了密封問(wèn)題,減少了血栓的發(fā)生。這種離心泵在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已超過(guò)了1年。
由于離心泵工作時(shí),葉片要高速旋轉(zhuǎn),由此對(duì)紅細(xì)胞所引起的機(jī)械破壞引起了人們的重視,Schima報(bào)道了離心泵對(duì)紅細(xì)胞所引起的機(jī)械破壞與紅細(xì)胞的彈性無(wú)關(guān)。
(2)軸流血泵
軸流式(螺旋式)血泵的原理來(lái)自古老的阿基米德螺旋泵 ,軸流泵的葉片也是裝在軸上,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),血液是沿著傾斜的方向拋出 (沿螺旋線方向運(yùn)動(dòng)),經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉導(dǎo)流后,血液基本上是沿軸流方向運(yùn)動(dòng),故稱為軸流泵。它能提供較大的流量。這類泵有:Hemopump泵、Nimbus Axipump泵、Javik2000軸流泵。
已應(yīng)用于臨床的只有Hemopump,其它的還在研究階段。
這類泵的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、流量大、效率高,如:Hemopump泵的直徑僅為7mm,可通過(guò)周圍動(dòng)脈(股動(dòng)脈)沿主動(dòng)脈放入左室,將左室的血液泵入主動(dòng)脈。其轉(zhuǎn)速可達(dá)到25000rpm/s,流量可達(dá)到3.5L/min。德州心臟研究所研制的Jarvik 2000微型軸流泵、Baylor大學(xué)和美國(guó)國(guó)家宇航局一同研制的Baylor/NASA微型軸流泵均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段、Kennjl等研制的軸流泵其長(zhǎng)為10cm,直徑為14cm,壓差為90mmHg時(shí),其流量可達(dá)8L/min。
3 其它類型式泵
除了容積式血泵和葉片式血泵外,也有人在研究其它類型的血泵,如Takesh等報(bào)道了由生物人工心室組成的循環(huán)輔助設(shè)備,該人工心室由骨骼肌組成,其上排列著生物人工心臟內(nèi)膜。其優(yōu)點(diǎn)是血栓較少;但若作為長(zhǎng)期使用,血栓形成仍是一個(gè)大問(wèn)題。Monties等研制的血泵原理類似于推板式,內(nèi)有一個(gè)橢圓形的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子與定子之間只有一個(gè)接觸點(diǎn),是一個(gè)沒(méi)有瓣膜、低轉(zhuǎn)速、半搏動(dòng)流的旋轉(zhuǎn)泵。也有關(guān)于其它種類血泵的報(bào)道,在此不作介紹了。
人工心臟分為輔助人工心臟和完全人工心臟。輔助人工心臟有左心室輔助、右心室輔助和雙心室輔助,以輔助時(shí)間的長(zhǎng)短又分為一時(shí)性輔助 (二周以內(nèi))及永久性輔助(二年)兩種。完全人工心臟包括一時(shí)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。
要想制成像自然心臟那樣精確的組織結(jié)構(gòu)、完全模擬其功能的人工正臟是極不容易的,需要醫(yī)學(xué)、生物物理學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科的綜合應(yīng)用及相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的研究。
世界首例人工心臟移植手術(shù)在法國(guó)順利完成
2013年12月22日訊 據(jù)法國(guó)《費(fèi)加羅報(bào)》網(wǎng)站12月21日?qǐng)?bào)道,法國(guó)完成了世界第一例人工心臟移植手術(shù)。據(jù)悉,這例手術(shù)由位于巴黎的蓬皮杜歐洲醫(yī)院(HEGP)執(zhí)行,患者于手術(shù)后兩天恢復(fù)意識(shí)、呼吸平穩(wěn)。
一直以來(lái),心臟病科專家們的夢(mèng)想就是能夠找到合適的材料制造人造假體心臟,通過(guò)移植手術(shù),讓患者恢復(fù)各項(xiàng)機(jī)能。當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月21日,法國(guó)醫(yī)療設(shè)備制造商Carmat對(duì)外宣稱,已于周三(12月18日)向一名患者進(jìn)行首次人工心臟移植手術(shù)成功,該名患者現(xiàn)已蘇醒并恢復(fù)意識(shí)可以與家人進(jìn)行溝通交流。
Carmat企業(yè)創(chuàng)始人菲利普,普樂(lè)提表示:“手術(shù)進(jìn)行地非常順利,但今后的工作我們還要謹(jǐn)慎對(duì)待,畢竟這是首例人工心臟移植手術(shù),任何意外都有可能在不經(jīng)意間發(fā)生。”據(jù)悉,此次世界范圍內(nèi)首例人工心臟移植手術(shù)是在法國(guó)巴黎的蓬皮杜歐洲醫(yī)院內(nèi)進(jìn)行,主刀醫(yī)師為克里斯蒂安 拉德雷姆利爾博士及丹尼爾?杜福博士。
世界首個(gè)完整人工心臟移植手術(shù)成功
2001-07-04 這具人工心臟是由鈦金屬和塑膠制造,稱為AbioCor,2001年1月才獲得有關(guān)當(dāng)局批準(zhǔn)使用。研發(fā)這個(gè)人工心臟的麻省Abiomed公司表示,人工心臟可以將病人的生命延長(zhǎng)60天至5年。公司希望這個(gè)由電池操作的儀器每年能為10萬(wàn)名美國(guó)人帶來(lái)新生。這種新的人工心臟同以往在80年代研發(fā)的人工心臟比較,優(yōu)點(diǎn)是它降低了感染的危險(xiǎn)性。不過(guò),這種人工心臟只批準(zhǔn)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。美國(guó)醫(yī)生為病人植入世界第一個(gè)完整的人工心臟,為醫(yī)學(xué)界再創(chuàng)新突破。這是首個(gè)不需要通過(guò)管線與外部電源連接的人工心臟。這起世界首例的手術(shù)星期一在美國(guó)肯塔基州路易斯市的猶太醫(yī)院進(jìn)行,醫(yī)院發(fā)布的聲明沒(méi)有說(shuō)明病人的身份。這起手術(shù)歷時(shí)7個(gè)小時(shí),醫(yī)生為病人植入人工心臟后,病人正"舒適地休息"。
據(jù)外媒報(bào)道,世界上第一個(gè)沒(méi)有心臟、僅靠“人工心臟”生活的37歲捷克男子雅各布 哈力克(Jakub Halik)去世。他靠人工心臟活了6個(gè)月,不久因肝腎功能衰竭去世。
美國(guó)科學(xué)家發(fā)明無(wú)心跳人工心臟 已完成試驗(yàn)
2011年6月16報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種沒(méi)有心跳的人工心臟。德克薩斯心臟研究所的醫(yī)生已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。這種新型人工心臟利用旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)使血液保持流動(dòng),而不需要再模仿心臟的跳動(dòng)來(lái)向身體提供連續(xù)的血液。
發(fā)明者Billy Cohn和Bud Frazier稱,這種人工心臟已經(jīng)在動(dòng)物身上進(jìn)行測(cè)試并完成了一個(gè)成功的試驗(yàn),沒(méi)有出現(xiàn)不良影響。研究所動(dòng)物研究實(shí)驗(yàn)室里一頭8個(gè)月大的小牛是首批接受該心臟移植的受體之一。兩位發(fā)明者第三代人工心臟說(shuō):“如果你用聽(tīng)診器聽(tīng)它的胸部,不會(huì)聽(tīng)到心跳;如果你檢查它的動(dòng)脈,也不會(huì)有脈搏;你給它做心電圖的話,只會(huì)看見(jiàn)一條平線。”
中國(guó)第三代“人工心臟”獲重大突破
2013年05月13日 由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所工學(xué)團(tuán)隊(duì)和泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)合作,成功研制出中國(guó)第一個(gè)可植入的、第三代心室輔助裝置——磁液雙懸浮血泵。到5月13日,試驗(yàn)羊“天久”已經(jīng)在泰心醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心健康存活61天,創(chuàng)下了國(guó)內(nèi)植入第三代心室輔助裝置的最長(zhǎng)存活紀(jì)錄,中國(guó)第三代心室輔助裝置研制取得重大突破。
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地將航天伺服技術(shù)領(lǐng)域的磁懸浮和動(dòng)壓軸承技術(shù)應(yīng)用于離心血泵,使轉(zhuǎn)子在血液中懸浮旋轉(zhuǎn),具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,共申請(qǐng)了10項(xiàng)專利。
泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院院長(zhǎng)劉曉程介紹,慢性心力衰竭已日益成為心血管病中最常見(jiàn)、危害最大的疾病之一,是諸多類型心血管疾病殊途同歸的終末期表現(xiàn)。中國(guó)截止2013年心衰患者有1600多萬(wàn)。對(duì)于終末期心衰,傳統(tǒng)治療轉(zhuǎn)歸差,中遠(yuǎn)期死亡率高,除循環(huán)輔助和心臟移植外,無(wú)其他奏效的療法。但由于心臟供體匱乏,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足患者需求,大量心臟病人在等待心臟移植中死亡。終末期心衰的治療和護(hù)理耗費(fèi)了大量的資源,已成為全球性社會(huì)醫(yī)療衛(wèi)生難題。
心室輔助裝置是全世界公認(rèn)的各類終末期心衰的最有效治療方法。從上世界60年代第一代氣動(dòng)血泵、第二代軸流血泵發(fā)展到今天的第三代懸浮血泵,經(jīng)歷了幾代科學(xué)家艱辛的研究歷程。
中國(guó)上世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行心室輔助裝置的研究,雖經(jīng)幾代人的努力,與國(guó)外相比仍有較大差距,至今尚無(wú)商品化的國(guó)產(chǎn)心臟輔助裝置供臨床應(yīng)用。國(guó)外雖有商品化的心室輔助裝置,但一套裝置價(jià)格高達(dá)50萬(wàn)元-100萬(wàn)元人民幣,令國(guó)內(nèi)病人望“泵”興嘆。因此,研制出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的第三代國(guó)產(chǎn)心室輔助裝置成為當(dāng)務(wù)之急。
2009年3月,研發(fā)團(tuán)隊(duì)確定了磁液雙懸浮、泵機(jī)一體化、電控雙冗余的總體技術(shù)方案,研制出體積小、質(zhì)量輕、溫升低、方便植入體內(nèi)的血泵。
2012年7月,他們?cè)谔┬尼t(yī)院進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn),在半年時(shí)間內(nèi),經(jīng)過(guò)諸多改進(jìn)創(chuàng)新,共完成了17次動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2013年3月14日為取名“天久”的綿羊植入血泵,成功地進(jìn)行了第18次實(shí)驗(yàn)。“天久”術(shù)后各項(xiàng)生理指標(biāo)均正常,至今已健康存活61天,在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)攜帶電池與控制器自由活動(dòng),達(dá)到了血泵臨床植入的模擬狀態(tài)。
同心第三代“人工心臟”
2013年4月我們完成了首批30天動(dòng)物實(shí)驗(yàn),2013年底前就要進(jìn)行第二批90天動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了。”即使摘下了行業(yè)桂冠,但陳琛博士,依然用最平靜的表情和最平淡的語(yǔ)氣描述著。
對(duì)此,陳琛說(shuō):“人工心臟雖然在中國(guó)國(guó)內(nèi)是空白,但在美國(guó)已經(jīng)有幾十年的臨床應(yīng)用,包括美國(guó)前副總統(tǒng)切尼都選擇植入人工心臟。我們的‘CHVAD’用在羊身上,手術(shù)后半個(gè)多小時(shí),羊就自己站起來(lái)了,術(shù)后30多天還活蹦亂跳的呢。”
同心公司自2008年成立以來(lái),獨(dú)創(chuàng)“微小型完全磁懸浮離心式人工心臟”技術(shù)概念,完成了包括基礎(chǔ)專利在內(nèi)的一系列技術(shù)創(chuàng)新,并被科技部慧眼識(shí)中,先后牽頭承擔(dān)了科技部國(guó)際合作與交流專項(xiàng)、“十一五”國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、“十二五”國(guó)家863計(jì)劃主題項(xiàng)目獨(dú)立子課題等國(guó)家級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目。
同心公司已研制成具有從源頭創(chuàng)新的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、基于完全磁懸浮技術(shù)的當(dāng)今最新一代人工心臟的原型樣機(jī)。樣機(jī)在動(dòng)物試驗(yàn)中表現(xiàn)出的防凝血性能,達(dá)到目前國(guó)際上各類人工心臟動(dòng)物試驗(yàn)的最好級(jí)別。同時(shí),顯著縮小了尺寸,實(shí)現(xiàn)了可以植入胸腔的目標(biāo)。
2019年8月26日,“重慶造”植入式左心室輔助系統(tǒng)EVAHEART I(以下簡(jiǎn)稱“永仁心”人工心臟)已獲國(guó)家藥監(jiān)局批復(fù)上市。這是中國(guó)第一個(gè)正式上市的植入式心室輔助產(chǎn)品,將有效填補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)空白,推動(dòng)中國(guó)高端醫(yī)療器械領(lǐng)域的進(jìn)步。
“永仁心”人工心臟采用離心泵結(jié)構(gòu)的植入式左心室輔助系統(tǒng),由體內(nèi)組件和體外組件構(gòu)成,通過(guò)搭建起心臟左心室到主動(dòng)脈的旁路,對(duì)患者的心臟泵功能起部分替代或輔助作用。
人工心臟,即用生物機(jī)械手段部分或完全替代心臟的泵血機(jī)能,維持全身的血液循環(huán)。按功能劃分包括心室輔助血泵(VAD)和全人工心臟(TAH)。人工心臟移植為一種治療心衰的手段,是心臟移植術(shù)有效的替代方案。人工心臟是在解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。人工心臟起搏器實(shí)際上是人工制成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈沖電流刺激心臟,使心臟產(chǎn)生有節(jié)律地收縮,不斷泵出血液以供應(yīng)人體的需要。人工心臟也是所有醫(yī)療器械中最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)之一,其研發(fā)能力從一個(gè)側(cè)面代表了一個(gè)國(guó)家的高端醫(yī)療器械科技水平。人工心臟在美國(guó)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化,2012年銷售額突破5億美元,成為心血管醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新的分支,其價(jià)格高達(dá)每套10萬(wàn)美元。法國(guó)巴黎時(shí)間2013年12月21日,喬治 蓬皮杜歐洲醫(yī)院的醫(yī)療研究組完成了首例人造心臟移植手術(shù)的臨床試驗(yàn),這將大大改善器官短缺的現(xiàn)狀。
2019年8月26日,“重慶造”植入式左心室輔助系統(tǒng)EVAHEARTI已獲國(guó)家藥監(jiān)局批復(fù)上市。
人工心臟是在解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。人工心臟起搏器實(shí)際上是人工制成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈沖電流刺激心臟,使心臟產(chǎn)生有節(jié)律地收縮,不斷泵出血液以供應(yīng)人體的需要。
人工心臟,即用生物機(jī)械手段部分或完全替代心臟的泵血機(jī)能,維持全身的血液循環(huán)。按功能劃分包括心室輔助血泵(VAD)和全人工心臟(TAH)。人工心臟移植為一種治療心衰的手段,是心臟移植術(shù)有效的替代方案。
1958年日本及前聯(lián)邦德國(guó)均設(shè)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(shí)。1966年人工心臟(AbioCor IRH)DcBakey將人工心臟用于瓣膜置換病例,輔助數(shù)小時(shí)。1968年開(kāi)始臨床研究,1969年動(dòng)物實(shí)驗(yàn)生存記錄為40天。同年Cooley進(jìn)行了第一個(gè)臨床病例植入一時(shí)性完全人工心臟后因合并癥死亡。1970年Nose等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)生存100天。1973年以后,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成活率迅速上升:1976年Kolff試驗(yàn)牛成活 89天、122天;1980年度美和彥試驗(yàn)山羊生存232天、242天、288天;1982年12月1日美國(guó)鹽湖城猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)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;日本Terumo還開(kāi)發(fā)出了通過(guò)磁石使輸送血液的泵的葉輪以懸浮狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)。由于葉輪不接觸任何地方,因此不會(huì)出現(xiàn)此前人工心臟所具有的最大缺點(diǎn)--產(chǎn)生血栓。在1997年以羊?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象的試驗(yàn)中,創(chuàng)下了人工心臟存活864天的全球最高紀(jì)錄,這一技術(shù)堪稱是世界最高水平。
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(huán)的動(dòng)脈泵開(kāi)始,即1953年Gibbons將體外循環(huán)應(yīng)用于臨床。心肺機(jī)利用滾筒泵擠壓泵管將血泵出,猶如自然的搏血功能進(jìn)行體外循環(huán)。而人工心臟這個(gè)血液泵恰是受此啟發(fā)而開(kāi)始研究的。1957年美國(guó)KOlff和Akutsn將聚乙烯基鹽制成的人工心臟植于人體內(nèi)生存一個(gè)半小時(shí),以此為開(kāi)端展開(kāi)了世界性人工心臟研究。
隨著對(duì)人體生理的認(rèn)識(shí)以及能源與材料技術(shù)的發(fā)展,全人工心臟(TAH)和長(zhǎng)時(shí)間心室輔助循環(huán)(VADS)得到進(jìn)一步發(fā)展,具體表現(xiàn)在外置氣動(dòng)泵向超壓縮電動(dòng)泵發(fā)展,輔助循環(huán)向可攜帶全人工心臟發(fā)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(guó)已經(jīng)成功用于人體,但僅剛開(kāi)始。
從血流效果上來(lái)看分為搏動(dòng)性血流和非搏動(dòng)性血流兩種。理論上講搏動(dòng)性血流更適于人體生理特點(diǎn),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(dòng)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(nèi)壓,并能造成器官血流和生化特點(diǎn)的變化,從全人工心臟的永久性應(yīng)用來(lái)看進(jìn)一步發(fā)展非搏動(dòng)性泵更有利于人工心臟解決血栓和全置入人體的問(wèn)題。從泵血的方式來(lái)看,傳統(tǒng)的氣動(dòng)泵正由可攜帶性、可置入性、可壓縮性好的電動(dòng)泵代替。
1 容積式血泵(全人工心臟即第一代人工心臟)
人工心臟
容積式(脈動(dòng)式)血泵 在早期開(kāi)發(fā)的全人工心臟和輔助循環(huán)裝置中的血泵,由于主要模擬人的自然心臟,故這個(gè)時(shí)期的血泵主要是容積式血泵。容積式血泵是由一個(gè)血袋、控制血流方向的瓣及動(dòng)力部分組成。單向瓣允許血液從進(jìn)口端流入和從出口端流出,當(dāng)動(dòng)力部分?jǐn)D壓血袋時(shí),血袋的容積減少,從而把血液擠壓出去,類似于心臟的收縮過(guò)程;當(dāng)血袋的壓力減少時(shí)外部的血液就會(huì)流入血袋,類似于心臟的舒張過(guò)程。按血泵的血袋結(jié)構(gòu)可將泵分為兩類:
(1)袋的一部分是由易彎曲的膜組成,其余的部分由硬殼組成,稱為膜式泵,如Toru Masuzawa開(kāi)發(fā)的血泵、Utah-100全人工心臟中的血泵、Millner等制造的全人工心臟。
(2)袋的全部是由易彎曲的膜組成,稱為囊式泵,如賓西法尼亞州立大學(xué)和3M康復(fù)中心聯(lián)合制造的人工心臟中的血泵、Erik等制造的全人工心臟。囊式泵有三種:①氣動(dòng)血泵,靠氣體驅(qū)動(dòng);泵體積比較大,通常動(dòng)力源置于體外,有比較粗的管路經(jīng)過(guò)皮膚。②靠液體驅(qū)動(dòng)的電液泵;③直接靠直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)泵。
總之,容積式泵缺點(diǎn)是體積大,不易植入;由于有龐大的附屬機(jī)構(gòu),要有管道和線使得內(nèi)外連通,故易感染;瓣和膜是這類血泵關(guān)鍵部件,它們易損壞,且是血栓易形成的部位;另外,由于與血液的接觸面積大,溶血也比較嚴(yán)重。其優(yōu)點(diǎn)是這類泵類似于自然的心臟,都是搏動(dòng)的,與人的正常生理結(jié)構(gòu)相適應(yīng),有利于各主要臟器的血液微循環(huán)灌注。
全人工心臟的臨床應(yīng)用和并發(fā)癥
1、應(yīng)用選擇及治療學(xué)基礎(chǔ) 短期心室支持主要用于輔助心臟渡過(guò)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(nèi)可以等到供心的心臟移植患者。前者見(jiàn)于急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心臟人工瓣膜置換術(shù)后等,例如TheLD-PACEⅡ。輔助循環(huán)可逆性心臟病的機(jī)制有許多研究對(duì)免疫學(xué)、病理學(xué)、分子生物學(xué)得以深入研究,為其進(jìn)一步應(yīng)用提供了依據(jù)。人工心臟長(zhǎng)期應(yīng)用主要用于等待同種心臟移植或永久攜帶全人工心臟患者,見(jiàn)于終末期心臟病患者,可稱為Bridge-to-Transplantation。
2、全人工心臟的管理 人工心臟的管理包括人工心臟的機(jī)械管理和人工心臟攜帶者并發(fā)癥的管理。前者的突破在于人工心臟與電腦程序化控制結(jié)合和機(jī)械工藝的改進(jìn)。攜帶者的管理主要針對(duì)其并發(fā)癥出血、栓塞、感染、右心功能衰竭,到目前為止以上并發(fā)癥仍然是人工心臟應(yīng)用的主要瓶頸。研究集中在改進(jìn)人工心臟的材料結(jié)構(gòu)及工藝,總的來(lái)看沒(méi)有突破性進(jìn)展。有報(bào)道將肝素、華法林制定出固定方案有利于抗凝的安全性,但缺乏大規(guī)模病人研究。
全人工心臟的發(fā)展方向
隨著人工心臟向小型化、耐用性強(qiáng)及低阻力的發(fā)展有可能將來(lái)像人工心臟起搏器一樣得以廣泛應(yīng)用。人工心臟的發(fā)展需要進(jìn)一步解決四個(gè)問(wèn)題:
1、小型而具有高射血效能;
2、安全可靠的控制系統(tǒng)和能源供應(yīng)模型;
3、經(jīng)久耐用的帶瓣血室;
4、大量的研究經(jīng)費(fèi)。
2 左心室輔助裝置(第二代人工心臟)
葉片式血泵
葉片式血泵 由于各種容積式血泵存在上述的缺點(diǎn)嚴(yán)重制約其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用,于是人們開(kāi)始研究體積小、可植入 式的葉片泵。由于葉片泵是平流泵,與人的搏動(dòng)血流不一樣。故在研究葉片泵的同時(shí)人們一直廣泛地探討平流對(duì)人體生理狀態(tài)的影響,有的學(xué)者認(rèn)為:在急性左心衰的早期治療過(guò)程中,搏動(dòng)式輔助循環(huán)對(duì)腎臟、外周器官及細(xì)胞的新陳代謝將產(chǎn)生優(yōu)越的血流,另一方面,非搏動(dòng)流對(duì)維持體循環(huán)無(wú)效,若連續(xù)輔助時(shí)間超過(guò)三個(gè)小時(shí),將會(huì)對(duì)一些主要器官產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。但Hindman 等在1995年報(bào)道了,雖然在低溫條件下,搏動(dòng)的心臟轉(zhuǎn)流對(duì)腦的血液循環(huán)和代謝比非搏動(dòng)的心肺轉(zhuǎn)流要優(yōu)越得多;而在37℃時(shí)對(duì)兔子的左心轉(zhuǎn)流過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其腦血流量和腦代謝耗氧量搏動(dòng)流和平流差別不大。1977年,Nose等發(fā)現(xiàn):如果使用平流泵泵出的血流量比所需搏動(dòng)血泵流量大20%時(shí),將不會(huì)發(fā)生異常的生理循環(huán)。
葉片式血泵的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,體積小,易于植入;與血液接觸面積小,抗血栓性能好;因可植入,感染問(wèn)題也可得到較好解決;耐久性好;低功耗;易于操作;價(jià)格也較低等。研究較多的葉片血泵主要包括離心泵和軸流泵,下面分別敘述之:
(1)離心血泵
離心血泵是將葉片裝在軸上,當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí),這些葉片將引導(dǎo)血液并將其拋至外沿,葉片對(duì)血液的動(dòng)力作用將形成動(dòng)脈壓,顯然,壓力的大小取決于葉輪的轉(zhuǎn)速,一般情況下,轉(zhuǎn)速越高則所形成的動(dòng)脈壓也越高。屬于這種類型的血泵有:Biomedicus(Minneapolis,MN)離心泵、錢坤喜等研制的血泵、Delphin離心泵、Sarns離心泵等。Biomedicus(Minneapolis,MN)離心泵、Sarns離心泵已應(yīng)用于臨床。其它的還在研究中,而Nojiri等研制的微型懸浮式磁力耦合離心泵,葉片靠磁力懸浮在泵內(nèi),無(wú)需支撐,從而解決了密封問(wèn)題,減少了血栓的發(fā)生。這種離心泵在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已超過(guò)了1年。
由于離心泵工作時(shí),葉片要高速旋轉(zhuǎn),由此對(duì)紅細(xì)胞所引起的機(jī)械破壞引起了人們的重視,Schima報(bào)道了離心泵對(duì)紅細(xì)胞所引起的機(jī)械破壞與紅細(xì)胞的彈性無(wú)關(guān)。
(2)軸流血泵
軸流式(螺旋式)血泵的原理來(lái)自古老的阿基米德螺旋泵 ,軸流泵的葉片也是裝在軸上,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),血液是沿著傾斜的方向拋出 (沿螺旋線方向運(yùn)動(dòng)),經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉導(dǎo)流后,血液基本上是沿軸流方向運(yùn)動(dòng),故稱為軸流泵。它能提供較大的流量。這類泵有:Hemopump泵、Nimbus Axipump泵、Javik2000軸流泵。
已應(yīng)用于臨床的只有Hemopump,其它的還在研究階段。
這類泵的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、流量大、效率高,如:Hemopump泵的直徑僅為7mm,可通過(guò)周圍動(dòng)脈(股動(dòng)脈)沿主動(dòng)脈放入左室,將左室的血液泵入主動(dòng)脈。其轉(zhuǎn)速可達(dá)到25000rpm/s,流量可達(dá)到3.5L/min。德州心臟研究所研制的Jarvik 2000微型軸流泵、Baylor大學(xué)和美國(guó)國(guó)家宇航局一同研制的Baylor/NASA微型軸流泵均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段、Kennjl等研制的軸流泵其長(zhǎng)為10cm,直徑為14cm,壓差為90mmHg時(shí),其流量可達(dá)8L/min。
3 其它類型式泵
除了容積式血泵和葉片式血泵外,也有人在研究其它類型的血泵,如Takesh等報(bào)道了由生物人工心室組成的循環(huán)輔助設(shè)備,該人工心室由骨骼肌組成,其上排列著生物人工心臟內(nèi)膜。其優(yōu)點(diǎn)是血栓較少;但若作為長(zhǎng)期使用,血栓形成仍是一個(gè)大問(wèn)題。Monties等研制的血泵原理類似于推板式,內(nèi)有一個(gè)橢圓形的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子與定子之間只有一個(gè)接觸點(diǎn),是一個(gè)沒(méi)有瓣膜、低轉(zhuǎn)速、半搏動(dòng)流的旋轉(zhuǎn)泵。也有關(guān)于其它種類血泵的報(bào)道,在此不作介紹了。
人工心臟分為輔助人工心臟和完全人工心臟。輔助人工心臟有左心室輔助、右心室輔助和雙心室輔助,以輔助時(shí)間的長(zhǎng)短又分為一時(shí)性輔助 (二周以內(nèi))及永久性輔助(二年)兩種。完全人工心臟包括一時(shí)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。
要想制成像自然心臟那樣精確的組織結(jié)構(gòu)、完全模擬其功能的人工正臟是極不容易的,需要醫(yī)學(xué)、生物物理學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科的綜合應(yīng)用及相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的研究。
世界首例人工心臟移植手術(shù)在法國(guó)順利完成
2013年12月22日訊 據(jù)法國(guó)《費(fèi)加羅報(bào)》網(wǎng)站12月21日?qǐng)?bào)道,法國(guó)完成了世界第一例人工心臟移植手術(shù)。據(jù)悉,這例手術(shù)由位于巴黎的蓬皮杜歐洲醫(yī)院(HEGP)執(zhí)行,患者于手術(shù)后兩天恢復(fù)意識(shí)、呼吸平穩(wěn)。
一直以來(lái),心臟病科專家們的夢(mèng)想就是能夠找到合適的材料制造人造假體心臟,通過(guò)移植手術(shù),讓患者恢復(fù)各項(xiàng)機(jī)能。當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月21日,法國(guó)醫(yī)療設(shè)備制造商Carmat對(duì)外宣稱,已于周三(12月18日)向一名患者進(jìn)行首次人工心臟移植手術(shù)成功,該名患者現(xiàn)已蘇醒并恢復(fù)意識(shí)可以與家人進(jìn)行溝通交流。
Carmat企業(yè)創(chuàng)始人菲利普,普樂(lè)提表示:“手術(shù)進(jìn)行地非常順利,但今后的工作我們還要謹(jǐn)慎對(duì)待,畢竟這是首例人工心臟移植手術(shù),任何意外都有可能在不經(jīng)意間發(fā)生。”據(jù)悉,此次世界范圍內(nèi)首例人工心臟移植手術(shù)是在法國(guó)巴黎的蓬皮杜歐洲醫(yī)院內(nèi)進(jìn)行,主刀醫(yī)師為克里斯蒂安 拉德雷姆利爾博士及丹尼爾?杜福博士。
世界首個(gè)完整人工心臟移植手術(shù)成功
2001-07-04 這具人工心臟是由鈦金屬和塑膠制造,稱為AbioCor,2001年1月才獲得有關(guān)當(dāng)局批準(zhǔn)使用。研發(fā)這個(gè)人工心臟的麻省Abiomed公司表示,人工心臟可以將病人的生命延長(zhǎng)60天至5年。公司希望這個(gè)由電池操作的儀器每年能為10萬(wàn)名美國(guó)人帶來(lái)新生。這種新的人工心臟同以往在80年代研發(fā)的人工心臟比較,優(yōu)點(diǎn)是它降低了感染的危險(xiǎn)性。不過(guò),這種人工心臟只批準(zhǔn)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。美國(guó)醫(yī)生為病人植入世界第一個(gè)完整的人工心臟,為醫(yī)學(xué)界再創(chuàng)新突破。這是首個(gè)不需要通過(guò)管線與外部電源連接的人工心臟。這起世界首例的手術(shù)星期一在美國(guó)肯塔基州路易斯市的猶太醫(yī)院進(jìn)行,醫(yī)院發(fā)布的聲明沒(méi)有說(shuō)明病人的身份。這起手術(shù)歷時(shí)7個(gè)小時(shí),醫(yī)生為病人植入人工心臟后,病人正"舒適地休息"。
據(jù)外媒報(bào)道,世界上第一個(gè)沒(méi)有心臟、僅靠“人工心臟”生活的37歲捷克男子雅各布 哈力克(Jakub Halik)去世。他靠人工心臟活了6個(gè)月,不久因肝腎功能衰竭去世。
美國(guó)科學(xué)家發(fā)明無(wú)心跳人工心臟 已完成試驗(yàn)
2011年6月16報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種沒(méi)有心跳的人工心臟。德克薩斯心臟研究所的醫(yī)生已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。這種新型人工心臟利用旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)使血液保持流動(dòng),而不需要再模仿心臟的跳動(dòng)來(lái)向身體提供連續(xù)的血液。
發(fā)明者Billy Cohn和Bud Frazier稱,這種人工心臟已經(jīng)在動(dòng)物身上進(jìn)行測(cè)試并完成了一個(gè)成功的試驗(yàn),沒(méi)有出現(xiàn)不良影響。研究所動(dòng)物研究實(shí)驗(yàn)室里一頭8個(gè)月大的小牛是首批接受該心臟移植的受體之一。兩位發(fā)明者第三代人工心臟說(shuō):“如果你用聽(tīng)診器聽(tīng)它的胸部,不會(huì)聽(tīng)到心跳;如果你檢查它的動(dòng)脈,也不會(huì)有脈搏;你給它做心電圖的話,只會(huì)看見(jiàn)一條平線。”
中國(guó)第三代“人工心臟”獲重大突破
2013年05月13日 由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所工學(xué)團(tuán)隊(duì)和泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)合作,成功研制出中國(guó)第一個(gè)可植入的、第三代心室輔助裝置——磁液雙懸浮血泵。到5月13日,試驗(yàn)羊“天久”已經(jīng)在泰心醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心健康存活61天,創(chuàng)下了國(guó)內(nèi)植入第三代心室輔助裝置的最長(zhǎng)存活紀(jì)錄,中國(guó)第三代心室輔助裝置研制取得重大突破。
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地將航天伺服技術(shù)領(lǐng)域的磁懸浮和動(dòng)壓軸承技術(shù)應(yīng)用于離心血泵,使轉(zhuǎn)子在血液中懸浮旋轉(zhuǎn),具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,共申請(qǐng)了10項(xiàng)專利。
泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院院長(zhǎng)劉曉程介紹,慢性心力衰竭已日益成為心血管病中最常見(jiàn)、危害最大的疾病之一,是諸多類型心血管疾病殊途同歸的終末期表現(xiàn)。中國(guó)截止2013年心衰患者有1600多萬(wàn)。對(duì)于終末期心衰,傳統(tǒng)治療轉(zhuǎn)歸差,中遠(yuǎn)期死亡率高,除循環(huán)輔助和心臟移植外,無(wú)其他奏效的療法。但由于心臟供體匱乏,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足患者需求,大量心臟病人在等待心臟移植中死亡。終末期心衰的治療和護(hù)理耗費(fèi)了大量的資源,已成為全球性社會(huì)醫(yī)療衛(wèi)生難題。
心室輔助裝置是全世界公認(rèn)的各類終末期心衰的最有效治療方法。從上世界60年代第一代氣動(dòng)血泵、第二代軸流血泵發(fā)展到今天的第三代懸浮血泵,經(jīng)歷了幾代科學(xué)家艱辛的研究歷程。
中國(guó)上世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行心室輔助裝置的研究,雖經(jīng)幾代人的努力,與國(guó)外相比仍有較大差距,至今尚無(wú)商品化的國(guó)產(chǎn)心臟輔助裝置供臨床應(yīng)用。國(guó)外雖有商品化的心室輔助裝置,但一套裝置價(jià)格高達(dá)50萬(wàn)元-100萬(wàn)元人民幣,令國(guó)內(nèi)病人望“泵”興嘆。因此,研制出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的第三代國(guó)產(chǎn)心室輔助裝置成為當(dāng)務(wù)之急。
2009年3月,研發(fā)團(tuán)隊(duì)確定了磁液雙懸浮、泵機(jī)一體化、電控雙冗余的總體技術(shù)方案,研制出體積小、質(zhì)量輕、溫升低、方便植入體內(nèi)的血泵。
2012年7月,他們?cè)谔┬尼t(yī)院進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn),在半年時(shí)間內(nèi),經(jīng)過(guò)諸多改進(jìn)創(chuàng)新,共完成了17次動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2013年3月14日為取名“天久”的綿羊植入血泵,成功地進(jìn)行了第18次實(shí)驗(yàn)。“天久”術(shù)后各項(xiàng)生理指標(biāo)均正常,至今已健康存活61天,在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)攜帶電池與控制器自由活動(dòng),達(dá)到了血泵臨床植入的模擬狀態(tài)。
同心第三代“人工心臟”
2013年4月我們完成了首批30天動(dòng)物實(shí)驗(yàn),2013年底前就要進(jìn)行第二批90天動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了。”即使摘下了行業(yè)桂冠,但陳琛博士,依然用最平靜的表情和最平淡的語(yǔ)氣描述著。
對(duì)此,陳琛說(shuō):“人工心臟雖然在中國(guó)國(guó)內(nèi)是空白,但在美國(guó)已經(jīng)有幾十年的臨床應(yīng)用,包括美國(guó)前副總統(tǒng)切尼都選擇植入人工心臟。我們的‘CHVAD’用在羊身上,手術(shù)后半個(gè)多小時(shí),羊就自己站起來(lái)了,術(shù)后30多天還活蹦亂跳的呢。”
同心公司自2008年成立以來(lái),獨(dú)創(chuàng)“微小型完全磁懸浮離心式人工心臟”技術(shù)概念,完成了包括基礎(chǔ)專利在內(nèi)的一系列技術(shù)創(chuàng)新,并被科技部慧眼識(shí)中,先后牽頭承擔(dān)了科技部國(guó)際合作與交流專項(xiàng)、“十一五”國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、“十二五”國(guó)家863計(jì)劃主題項(xiàng)目獨(dú)立子課題等國(guó)家級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目。
同心公司已研制成具有從源頭創(chuàng)新的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、基于完全磁懸浮技術(shù)的當(dāng)今最新一代人工心臟的原型樣機(jī)。樣機(jī)在動(dòng)物試驗(yàn)中表現(xiàn)出的防凝血性能,達(dá)到目前國(guó)際上各類人工心臟動(dòng)物試驗(yàn)的最好級(jí)別。同時(shí),顯著縮小了尺寸,實(shí)現(xiàn)了可以植入胸腔的目標(biāo)。
2019年8月26日,“重慶造”植入式左心室輔助系統(tǒng)EVAHEART I(以下簡(jiǎn)稱“永仁心”人工心臟)已獲國(guó)家藥監(jiān)局批復(fù)上市。這是中國(guó)第一個(gè)正式上市的植入式心室輔助產(chǎn)品,將有效填補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)空白,推動(dòng)中國(guó)高端醫(yī)療器械領(lǐng)域的進(jìn)步。
“永仁心”人工心臟采用離心泵結(jié)構(gòu)的植入式左心室輔助系統(tǒng),由體內(nèi)組件和體外組件構(gòu)成,通過(guò)搭建起心臟左心室到主動(dòng)脈的旁路,對(duì)患者的心臟泵功能起部分替代或輔助作用。
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