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        完全人工的心臟即將永久發(fā)揮功能

        2017-04-07 08:15:08胡德良編譯
        世界科學(xué) 2017年3期
        關(guān)鍵詞:人工心臟腔室隔膜

        胡德良/編譯

        完全人工的心臟即將永久發(fā)揮功能

        胡德良/編譯

        ●對(duì)于患有充血性心力衰竭的病人來(lái)說(shuō),機(jī)械置換手術(shù)越及時(shí)越好。

        人類(lèi)的心臟堪稱(chēng)工程史上的奇跡。在普通成年人的胸腔內(nèi),這塊肌肉一直都在努力地工作著,每天跳動(dòng)大約10萬(wàn)次,通過(guò)動(dòng)脈蜿蜒曲折地輸送血液,上到大腦,下到腳趾。

        因此,在創(chuàng)造機(jī)械復(fù)制品挽救心衰病人并使其健康生活的過(guò)程中,生物醫(yī)學(xué)工程師們經(jīng)歷了困難階段,這毫不意外。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,研究人員就雄心勃勃,一直試圖制造出人工心臟,但總是達(dá)不到要求。現(xiàn)在,4家不同的公司都認(rèn)為自己找到了合理的技術(shù),并公開(kāi)提供證據(jù)。2017年,臨床試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)可能會(huì)最終證實(shí),永久性的人工心臟準(zhǔn)備好投入臨床應(yīng)用了。

        僅在美國(guó),目前就有大約570萬(wàn)人被診斷出患有心衰,這意味著他們的心臟在輸送血液方面的效率正在逐漸變得越來(lái)越低。一些情況最糟糕的病人加入了等待心臟移植的隊(duì)伍,但是捐贈(zèng)的心臟極其稀少,許多人在等待移植的過(guò)程中死去。

        SynCardia系統(tǒng)公司的總部位于美國(guó)亞利桑那州,該公司生產(chǎn)的完全人工的心臟已經(jīng)通過(guò)美國(guó)監(jiān)管部門(mén)的審批,可以作為“移植橋梁”。目前,該公司正在招募患者參加臨床試驗(yàn),這款產(chǎn)品作為永久性的替代品即將接受測(cè)試。SynCardia系統(tǒng)公司執(zhí)行總裁邁克爾·加里帕(Michael Garippa)稱(chēng),由于1 600多個(gè)臨時(shí)性安裝已經(jīng)證實(shí)這款人工心臟是安全的,因此開(kāi)始了小規(guī)模臨床試驗(yàn),目前只有28位病人參加。

        由于其設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性,加里帕相信該設(shè)備是耐用的。SynCardia系統(tǒng)公司的人工心臟擁有兩個(gè)塑料腔室,模仿心臟的兩個(gè)具有泵血功能的心室,每個(gè)塑料腔室都通過(guò)一種隔膜隔開(kāi),一邊是空氣,另一邊是血液。使用Syncardia人工心臟的患者攜帶著一個(gè)6公斤重的空氣壓縮機(jī),連接壓縮機(jī)的管子穿過(guò)腹部向兩個(gè)腔室輸送空氣,為隔膜加壓,隔膜推動(dòng)另一邊的血液。壓縮機(jī)砰砰直響地舒張和收縮,頻率穩(wěn)定,每分鐘120次。加里帕說(shuō):“這算不上正常的生活,但是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)心衰病人以前使用的設(shè)備?!?/p>

        在法國(guó),一家名為Carmat的公司希望能夠做得更加出色。公司首席醫(yī)療官皮埃特·詹森(Piet Jansen)說(shuō):“我們的系統(tǒng)是完全靜音的?!备鶶ynCardia系統(tǒng)公司的設(shè)備一樣,Carmat公司的心臟也有兩個(gè)人造的腔室,利用隔膜向外推壓,輸送血液。但是該設(shè)備沒(méi)有利用壓縮空氣,而是利用了一臺(tái)內(nèi)置泵驅(qū)動(dòng)的液壓流體。跟SynCardia系統(tǒng)公司的設(shè)備相比,Carmat公司的設(shè)備更大、更重、更復(fù)雜,但是設(shè)計(jì)人員對(duì)所使用的傳感器和微處理器感到自豪,這些傳感器能夠確定病人的運(yùn)動(dòng)水平,而微處理器能夠計(jì)算適當(dāng)心率和可變心率是多少。電線從患者的脖頸后部出來(lái),連接著一個(gè)3公斤重的電池組。

        針對(duì)Carmat公司的設(shè)備進(jìn)行的首個(gè)可行性研究似乎不太順利:在3個(gè)月之內(nèi),4個(gè)病人中有2個(gè)死亡。但是,行業(yè)分析師安德魯·湯普森(Andrew Thompson)最近撰寫(xiě)了一份有關(guān)人工心臟的報(bào)告,他說(shuō):“這些病人的病情極度惡化,我們可以料想到自愿參加試驗(yàn)治療的人們所處的狀況。相對(duì)于病人衰竭的狀況來(lái)說(shuō),這款設(shè)備不算失敗。”

        歐洲的監(jiān)管機(jī)構(gòu)肯定已經(jīng)同意使用這款設(shè)備了,因?yàn)?016年8月Carmat公司推出的一項(xiàng)主要臨床試驗(yàn)已經(jīng)通過(guò)審批。到2017年年底,公司預(yù)計(jì)外科醫(yī)生會(huì)將其設(shè)備植入到大約20個(gè)人的體內(nèi),而且希望其人工心臟在2018年能夠獲得認(rèn)證,作為歐洲人的永久性替代設(shè)備。

        1、目前,總部位于美國(guó)德克薩斯州的Bivacor公司生產(chǎn)的人工心臟正在小牛中接受測(cè)試;2、作為等待移植病人的臨時(shí)解決方案,Syncardia人工心臟已經(jīng)投放市場(chǎng),現(xiàn)在這款人工心臟作為永久的替換品正在接受測(cè)試;3、Syncardia人工心臟的用戶攜帶一個(gè)6公斤重的箱子,箱子里有電池和驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)泵的空氣壓縮機(jī);4、Carmat人工心臟的工作原理與Syncardia設(shè)備類(lèi)似,但使用了液壓流體代替空氣來(lái)輸送血液

        患有心衰的成年人:美國(guó)為570萬(wàn)人,全世界為2 600萬(wàn)人

        另外兩家公司尚未進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,但是一些專(zhuān)家認(rèn)為它們采用的技術(shù)更有前途。兩家公司都沒(méi)有用搏動(dòng)隔膜,而是采用了帶有扇狀旋轉(zhuǎn)葉片的離心泵,推動(dòng)血液向前,通過(guò)動(dòng)脈連續(xù)地輸送血液。2015年,美國(guó)克里夫蘭人工心臟公司利用克里夫蘭醫(yī)學(xué)中心開(kāi)發(fā)的技術(shù),使兩頭小牛健康地度過(guò)了90天的研究期。另一方面,在美國(guó)德克薩斯州,一家名為Bivacor的公司目前正在跟德克薩斯心臟研究所合作,利用小牛進(jìn)行為期90天的研究。兩家公司都仍在對(duì)自家的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整,為進(jìn)行人類(lèi)試驗(yàn)做準(zhǔn)備工作。

        吉安盧卡·托利格羅薩(Gianluca Torregrossa)是一名心臟外科醫(yī)生,曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)Syncardia人工心臟的植入手術(shù),撰寫(xiě)過(guò)有關(guān)人工心臟研究進(jìn)展方面的論文,他也在熱切地關(guān)注著這兩家公司的動(dòng)態(tài)。托利格羅薩稱(chēng),這兩家公司的“連續(xù)血流”設(shè)計(jì)失敗之處更少。他說(shuō):“如果這種設(shè)備移動(dòng)部件更少,那么成功的概率就更大?!?/p>

        提到臨床試驗(yàn),所有的技術(shù)都必須在非常艱難的情況下來(lái)得到證明。SynCardia系統(tǒng)公司的加里帕說(shuō):“醫(yī)生們不想把病人交給科學(xué)項(xiàng)目,除非病人已別無(wú)選擇。”如果這項(xiàng)技術(shù)能夠適用于這些病情最糟的患者,那么長(zhǎng)期等待可靠的人工心臟的局面可能會(huì)結(jié)束。2017年的試驗(yàn)最終可能會(huì)顯示:人類(lèi)創(chuàng)造了一項(xiàng)工程奇跡,這項(xiàng)奇跡并不是由生物本身創(chuàng)造的。

        [資料來(lái)源:IEEE Spectrum][責(zé)任編輯:絲絲]

        本文作者伊萊扎·斯特里克蘭(Eliza Strickland)是一位高級(jí)副主編,擁有哥倫比亞大學(xué)新聞碩士學(xué)位。2011年3月加盟IEEE Spectrum雜志,其最近撰寫(xiě)的特別報(bào)道“黑掉人類(lèi)的操作系統(tǒng)”導(dǎo)致了新博客“人類(lèi)操作系統(tǒng)”的誕生。

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