人造心臟工作原理

人造心臟工作原理是2001年7月2日，出自美國的一種機械原理。

基本介紹

• 中文名：人造心臟工作原理
• 類型：機械原理
• 出現：美國
• 時間：2001年7月2日

心臟好比人體內部的引擎，驅動人體的各個部分正常運轉。從本質上而言，心臟是一種通過肺臟和機體維持供氧和血液循環的肌肉泵。一天之中，人的心臟要壓送約7570升的血液。心臟就像引擎一樣，如果不小心保護就會損壞，壓送血液的效率就會降低，進而會出現心衰。直到最近，眾多嚴重心衰患者的唯一選擇仍是心臟移植。然而，美國每年只進行2,000多例的心臟移植手術，這意味著將有成千上萬名患者因等不到心臟捐獻而死亡。2001年7月2日，美國肯塔基州路易斯維爾猶太醫院的外科醫生完成了近20年內的首例人造心臟移植手術，這讓心衰患者們看到了新的希望。AbioCor可移植替換心臟是第一個完全獨立自足的人造心臟，預計它至少可以將心臟病患者的預期壽命延長一倍。

本文將深入介紹這種新型人造心臟的工作原理、如何將其移植到患者的胸腔內以及哪些人有資格接受這些人造心臟。此外，本文還會將AbioCor心臟與之前移植失敗的人造心臟進行比較。

人造心臟

普通成年人的心臟泵血速度為每分鐘60到100次。如果您讀過心臟方面的文章，就會知道心臟的收縮分為兩個階段：
第一階段，左右心房同時收縮，將血液壓送到左右心室。

第二階段，左右心室一起收縮，將血液射出心臟。
然後，心肌將會鬆弛，以迎接下一次心跳。這樣，血液又充滿心臟。

對於植入了AbioCor心臟的患者，他們的左右心房也會同時跳動，但同時更換了兩個心室的人造心臟每次只能將血液排出一個心室。因此，人造心臟會交替地將血液輸送到肺部及人體的其他部位，而不像自然心臟那樣同時輸送血液。AbioCor人造心臟每分鐘能壓送10升以上的血液，血量完全可以滿足患者一天的活動所需。 由Abiomed公司研發的AbioCor人造心臟是一種非常精密的醫療儀器，其核心裝置是可將工作液體從一側壓送到另一側的液壓泵。為了了解AbioCor人造心臟的工作原理，讓我們先來了解一下該系統的各個組成部分：

液壓泵——該裝置的基本原理與重型設備中使用的液壓泵相似，即通過一種不可壓縮的液體將作用於某一點的力傳到另一點。泵內的齒輪以每分鐘10,000轉的速度快速旋轉來產生壓力。
液壓閥——該閥門不斷開合，使工作液體從人造心臟的一側流到另一側。液體流到右側時，液壓泵通過一個人造心室將血液壓送到肺部。液體流到左側時，液壓泵將血液壓送到人體的其他部位。
無線能量傳輸系統——也稱作經皮能量傳輸系統（TET），該系統包括兩個線圈（一個內置線圈，一個外置線圈），用於通過磁力將外置電池中的電能經由皮膚（不會穿透體表）傳輸到內置電池。內置線圈接收到電能後將其傳輸到內置電池和控制器裝置。
內置電池——一個植入患者腹內的可充電電池。當內置電池與主電池下線時，患者可以依靠內置電池進行某些活動（如洗澡），持續時間為30到40分鐘。

外置電池——該電池系在患者腰部的尼龍腰帶上。每個可充電電池能提供大約4到5小時的能量。
控制器——這種小型電子設備植入患者的腹腔內。它的作用是監控心臟的跳動速度。
AbioCor心臟由鈦和塑膠製成，連線以下四個部位：

右心房
左心房
主動脈
肺動脈
整個系統的重量約為0.9千克。下一節將介紹外科醫生如何在7小時的手術過程中將AbioCor心臟植入患者體內。

心臟移植手術

移植AbioCor人造心臟的手術極其精密。該過程中，外科醫生不僅要切除和取出原有的左右心室，還要將一個外來物放入胸腔內。患者必須先被放到一台心肺機上，然後再被移走。手術過程中需要縫上數百針，以便將心臟準確固定在人造心室中。移植物將AbioCor與自然心臟的餘下部分相連。移植物是一種合成組織，用於將人造裝置連線到患者的人體組織。

由於手術很複雜，因此有多名醫療人員參與了手術過程。此次移植手術於2001年7月2日進行，在世界同類手術中尚屬首例，參與手術的人員包括2名外科主任醫師、14名護士、灌注師、麻醉師以及其他輔助人員。

路易斯維爾大學的外科醫生羅伯特·道林對該手術過程進行了詳細介紹：

外科醫生將能量傳輸線圈植入患者的腹部。
打開胸骨，將患者置於一台心肺機上。
外科醫生切除患者自身心臟的左右心室，然後將主動脈和肺動脈置於左右心房中。僅這部分手術就花費了兩到三個小時。
將心房補片縫合至患者自身心臟的左右心房。
在患者胸內放置一個塑膠模型，以確定人造心臟在患者體內的正確位置以及適合程度。
將移植物切割成適當的長度，縫合到主動脈和肺動脈上。
將AbioCor置於胸腔內。外科醫生採用“快速連線器”（類似於小摁扣）將心臟連線到肺動脈、主動脈和左右心房。
排出裝置中的所有空氣。
將患者從心肺機上移走。
手術小組確保心臟正常工作。
在第一例移植手術之後，又進行了11例類似手術。最近的一次手術於2004年2月20日進行。作為臨床試驗的一部分，第12位患者在美國休斯頓聖盧克主教醫院的德克薩斯心臟研究所接受手術。

最初，Abiomed的高層人員警告人們不要對手術結果過分樂觀，最樂觀的預測結果就是患者在植入AbioCor心臟後最多存活六個月。該裝置僅用於延長患者的預期存活時間，手術前該名患者的預期存活時間僅為30天。

2001年7月2日，患者羅伯特·圖爾斯在路易斯維爾的猶太醫院接受了心臟移植，現已去世。儘管另外10名患者也已去世，但這些接受AbioCor心臟移植手術的患者在術後的平均存活時間已達到5個月。

移植條件

美國食品與藥品管理局（FDA）已經批准Abiomed進行15例心臟移植手術，作為臨床試驗的一部分。到目前為止，已經完成了其中的12例。這些手術曾在休斯頓、洛杉磯、波士頓和費城的醫療中心展開。FDA 檢查了每例手術的結果，以確定AbioCor裝置的未來前景。該裝置的價值為70,000美元到100,000美元，如果成功，將意味著它能夠延長患者的壽命，而不會帶來併發症，FDA就會批准將其用於美國更多的心臟醫療中心。事實上，據多家新聞機構報導，Abiomed公司將於今年向美國食品與藥品管理局申請推廣這種裝置。該裝置將根據所謂的“人道主義裝置豁免”條款用於治療終末期心衰患者。
拉曼·格瑞表示，最初接受手術的志願者應是“最嚴重的患者”。FDA以及Abiomed管理人員已經制定了多個標準，規定哪些患者可以成為最初接受人造心臟手術的患者。患者必須符合下列條件：

處於心衰末期
預期壽命少於30天
無法接受自然心臟移植
沒有其他有效的治療方案
此外，這種葡萄大小的裝置必須適合患者的胸腔。為確定裝置是否適合患者，患者必須接受CAT掃描以及X射線胸透。然後，利用一種計算機輔助設計（CAD）程式以虛擬方式切除患者自身的心臟，並以虛擬方式植入AbioCor心臟。如果該電腦程式顯示該裝置正好適合，醫生就可開始移植人造心臟了。手術後近兩個月內，醫院和AbioMed公司的管理人員並未透露首個接受手術的患者姓名。但在2001年8月21日，有訊息透露，這位有史以來首例接受人工心臟移植的人名叫羅伯特·圖爾斯，一名生前在早期電話公司工作的肯塔基州居民。雖然手術後圖爾斯受過感染，並需要通風裝置，但是他的醫生報告說，移植的人造心臟功能一直正常。

以下是圖爾斯術前的情況：

他患有4級心衰。
患有嚴重的雙心室衰竭。
曾被一家心臟移植中心拒收。
還接受過冠狀動脈旁路手術。
他曾患有多種心臟病。
還患有糖尿病。
美國現有200萬到300萬的心衰患者，每年還有40萬新確診的病例。據美國國家心肺及血液研究中心（NHLBI）報導，心衰竭每年會導致39,000名患者死亡。大多數被診斷患有心衰竭的患者有望存活五年，他們通常需要進行心臟移植來延續生命。

2003年，僅在美國就進行了2143例心臟移植手術。但每年仍有成千上萬潛在的接受者在等待心臟移植的過程中死亡。醫生一直鼓勵公眾捐獻器官，而AbioCor卻可以救活很多無法接受人體心臟移植或仍在等待心臟移植的患者。