碳基生物機械化的一大步——人工心臟
在大火醫療劇《關于唐醫生的一切》中，聰慧、堅毅而又有些“軸”的海歸心臟外科女醫生唐佳瑜獲得了觀眾的關注，尤其是她主導研發的“全磁懸浮人工心臟”。
今天我就給大家說說這個“全磁懸浮人工心臟”是怎么回事。首先應該明確的是全人工心臟的英文是Total Artificial Heart (TAH)，它是能夠全面代替左右心的泵血功能的機械心臟。在連續劇中提到的人工心臟應該指的是心室輔助裝置，英文名 Ventricular Assist Devices（VAD），它用來代替心臟心室泵血。心力衰竭是全球醫學的重大挑戰。心力衰竭發展到終末期后，治療管理手段極其有限。
心臟移植是公認的有效治療手段，但由于供體心臟數量及其有限，目前我國每年僅能完成數百例心臟移植。相對于數十萬量級有可能通過心臟移植而受益的患者，心臟移植的作用可謂杯水車薪。雖然據研究，心臟也有一些其他功能，但最主要的就是一個血液泵的作用，其機械的泵血功能如果被替代，就可以挽救重度心衰患者的生命。
人工心臟的研制歷史其實已經比較久遠了，概念的提出甚至可以追溯到1812年。1812年Julien Jean Cesar LeGallois 提出“機械循環輔助”的概念。一百多年后，在1937年，蘇聯醫學家Vladimir P. Demikhov博士開發了全人工心臟(TAH)裝置。
1953年美國外科醫生Gibbon，研制出第一臺用于人類心臟外科手術的體外循環機，并成為體外循環之父。他與梅奧診所（Mayo Clinic）分享了他的設備，他們繼續推進該設備，將其命名為“Mayo Gibbon型體外循環機”，從而挽救了數百名患者。從理論上來講人工心臟就是縮小版的、損傷更小的、能夠長時間使用的血泵設備。
1950年代，美國的科爾夫（Kolff）博士在克利夫蘭醫學中心開發了一種全人工心臟，并應用于動物實驗。而第一個獲得人造心臟專利的是美國人保羅溫切爾（Paul Winchell）（1963年）。多年后，溫切爾將專利權轉讓給科爾夫。1967年，科爾夫離開克利夫蘭診所，在猶他大學創立了人工器官部門，繼續從事人工心臟方面的工作。1969年4月4日，多明戈·利奧塔 ( Domingo Liotta )和丹頓·A·庫利 ( Denton A. Cooley )在休斯頓的德克薩斯心臟中心用胸腔內的機械心臟替換了垂死之人的心臟，這是世界上首次臨床植入全人工心臟。
在賓夕法尼亞州立大學，William Pierce博士開發了一種氣動心臟輔助裝置。該設備最終成為Thoratec氣動VAD，這是第一個被美國食品藥品監督管理局(FDA)批準為移植過渡的VAD。第一代VAD裝置，氣體驅動，并且產生類似于心臟的搏動型血流。這項技術進一步發展成為HeartMate I，作為移植前過渡期使用超過25年。
1971年，三位重要人物加入了科爾夫博士的團隊：獸醫Don Olsen（領導動物實驗）、醫學工程師賈維克Robert Jarvik（設計各種人造心臟）和外科醫生William DeVries博士（領導從動物植入到人類實驗的過渡）。
1982年，科爾夫團隊首次將人工心臟用于永久性植入而不是移植的橋梁。這顆人工心臟名字叫做Jarvik7。今天，Jarvik7的現代版本被稱為SynCardia臨時全人工心臟。作為移植的橋梁使用。占所有全人工心臟（TAH）移植的6%。SynCardia的研制也經歷了波折。1990年，由于違反FDA指導方針和法規，FDA停止了TAH的研究項目。為挽救 TAH 技術，1991年UMC和研究基金會成立了一家新公司和合資企業。將Jarvik7技術轉讓給 UMC，Jarvik7隨后更名為CardioWest? 全人工心臟。TAH的研究時間相當漫長。直到2004年10月15日，CardioWest全人工心臟獲得FDA批準，成為第一個準許上市的TAH。全人造心臟雖然是一項了不起的成就，但也非常昂貴。
在SynCardia之后，出現了AbioCor TAH。這是第一個“自給自足的內部人工心臟”。研究人員研究和測試了這個設備30年。臨床試驗于2001年開始，同年該設備被植入人體。AbioCor于2006年繼續獲得FDA的批準。
與TAH相比，VAD相對結構簡單，而且多數心臟衰竭患者主要是心室功能的衰竭，因此VAD能夠滿足多數心衰（HF）患者的需要。隨著現代科學技術的發展，VAD已逐漸成為治療終末期心衰的重要手段，發達國家的VAD臨床應用進展迅速，已發展成被普遍接受的晚期難治性心衰的有效治療手段。據統計，目前全球VAD累計植入量已超過6萬例。
第二代VAD采用了非搏動性連續血流模式。這種泵的驅動模式屬于機械軸承式。之所以開發新式的VAD，是因為對初代VAD的名為REMATCH試驗研究發現，其存在諸多不足。在 REMATCH試驗之后，LVAD設計發生了根本性的變化。血液是通過轉子推進，流動是連續的，不像原生心臟那樣有脈動。這些設備與早期的HeartMate I不同，需要全身抗凝。這種類型的VAD是目前使用最多的VAD。截止2020年，已有超過27,000名心力衰竭患者接受了HeartMate II LVAD。許多人已經過了5年的治療里程碑，有些人已經置入HeartMate II長達10余年。
但是這些成果并沒有讓研究人員停下腳步。第三代旋轉式血泵中使用的懸浮系統在沒有任何機械接觸的情況下將轉動的葉輪懸掛在血場內，懸浮式人工心臟沒有軸承接觸點，能夠減少對于血液的破壞，葉輪的磁懸浮和/或流體動力懸浮是第三代泵的主要進步。其中流體動力懸浮的血液薄膜存在較高剪應力會導致血液損傷。磁懸浮是指在磁力作用下，人工心臟運行時葉輪處于懸浮狀態，沒有機械軸承，因此無摩擦、產熱少、損耗小、耐久性高。
目前應用磁懸浮技術的第三代VAD包括國外的HeartWare、HeartMate3等，已經取得了較好的效果。我國在第三代VAD的研制也是奮起直追。
相信隨著越來越多的自主研發的人工心臟將進入中國藥監局審批和臨床試驗階段，很快將可以在臨床上得到應用，這是非常大的突破，有可能大大降低患者所需費用，使越來越多患者受益。（安徽省胸科醫院 劉鋒）
