基本介紹
- 中文名：生物起搏器
- 人群：心律不齊的患者
- 階段：研發階段
- 歷史：心臟起博器運用於心動過緩的病人
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簡介
對於心律不齊的患者來說，在體內植入心臟起搏器無疑是個不錯的選擇，它就像是一個人造“司令 部”，指揮心臟按照正常節奏有力地跳動。不過目前人們普遍使用的起搏器會遇到電磁干擾或是機械故障等問題，對此業內專家認為，未來人們有望開發出長在心臟上的“生物起搏器”，屆時就不會再有這些問題了。
植入了心臟起搏器的胸腔剖面圖
植入了心臟起搏器的胸腔剖面圖研究狀況
國內研究
在《中華醫學雜誌》2007年第45期，有一篇題為“自體竇房結細胞異位移植治療緩慢型心律失常的實 驗研究”，此項研究報告的第一作者為上海第二軍醫大學附屬長海醫院胸心外科的張浩醫師。此項研究為國家自然科學基金資助項目。 在這個研究項目中，有提到“竇房結”這個概念。人體心臟雖然至少有人的拳頭大小，但能讓這塊肌肉規律跳動的指揮中心其實只有一小塊地方――竇房結，這裡的細胞發出信號，經過一些神經傳導系統（我們在醫學上稱為“房室傳導束支”）的傳播，才使心臟肌肉細胞協調的收縮，心臟才得以發揮正常的“泵”功能，供給人體全身必須的血液。 研究人員就是充分利用了“竇房結”的起搏細胞，製作“生物起搏器”的，但在這個項目中研究人員是用犬作為實驗對象，為套用於人體打下了基礎。
心臟起搏器
心臟起搏器這一課題的研究人員將16隻健康成年犬分為2組（移植組和對照組），每組8隻。取移植組犬的心臟竇房結組織並經過科學處理後製成存活的竇房結細胞懸液，注射到心臟另一個部位（右心室近心尖部心外膜），觀察進行自體移植（移植在同一隻犬身上，而不是不同只犬之間進行移植）後，這些移植細胞是否能夠存活；而且，研究人員完全阻斷這隻犬心臟原來固有的正常的起搏系統，看看移植後的竇房結細胞是否能夠發揮讓心臟跳動的功能；並對移植組犬靜脈注射異丙腎上腺素和阿托品這類影響心率的藥物，觀察其對移植後心率有無影響。
令研究人員驚喜的發現，經過移植的竇房結細胞能夠在心臟的另一個部位存活；而且這些被移植的竇房結細胞能夠在心室內形成新的異位起搏灶；且移植的細胞之間以及移植細胞與原有心室肌細胞之間沒有排斥，都形成了有效的耦聯，使其產生的電衝動信號向周圍心臟肌肉擴布，從而有效驅動心室收縮；且對神經體液成分的調節有反應性。
此項研究採用自身天然的竇房結細胞進行自體移植，沒有免疫排斥和腫瘤形成等問題，在生物起搏器的研發過程中，具有實用價值。但在獲取和移植竇房結細胞的過程中會對細胞造成一定損傷，如何讓移植後竇房結細胞的長期存活，仍有待於進一步研究證實，只有解決了這個問題，才能研製出讓人類心臟能夠永遠穩定跳動的生物起搏器。一旦這項技術完善並成熟，套用於人體，將使心動過緩患者擺脫傳統起搏器帶來的不便和困繞。
國外研究
據全球領先的醫療器材企業美敦力負責研發的高級副總裁史蒂芬·厄斯特勒介紹，現在的心臟起搏器已經做得很小，在植入患者皮下後，患者幾乎感覺不出它的存在，因此心臟起搏器的未來發展趨勢並不在於它的體積大小，而在於電極的設計。起搏器的原理是通過搭在心臟上的電極來傳播電刺激。但是心臟每天要跳動10多萬次，而且總是在不停地扭動。在巨大的壓力下，電極很有可能發生破裂，因此生產商們目前希望能開發出無電極的起搏器。
而美敦力的研發人員也正在開發可“生物起搏”的起搏器。他們希望培養出一種幹細胞，通過對其進行改造，使之分化成為能夠自然跳動的細胞，然後再移植到心臟中，讓它發揮起搏器的功能，這樣就不再需要電池和電極了。
不過厄斯特勒指出，要想實現這一構想，還要面臨兩方面的挑戰，其一是生物組織工程學方面的難題，即如何將其移植到人體內；另外，要獲得監管部門的批准也不是一件容易的事情。厄斯特勒預計，這一技術將在20年後成熟並獲得普遍套用，屆時，美敦力可能不再生產現在這種機械心臟起搏器，轉而生產“生物起搏器”。
歷史相關
心臟起博器運用於各種年齡的心動過緩的病人。心臟起搏器可檢測到過低的心率並傳送電脈衝至心臟，以剌激心臟肌肉更快跳動。自1960年至今，已有逾200萬台起搏器植入病人體中。
心臟:竇房結
心臟:竇房結早期的起搏器
1、早期的體外起搏器——1950年，第一台起搏器並非完全植入人體。被稱為“電極導線”的細導線一端被植入心臟，導線的另一端連線至使用交流電源的起搏器。最嚴重的束縛是：病人的活動範圍僅限於導線所及之處，並且停電始終是一個問題。
2、第一個電池驅動的體外起搏器——1957年，全球第一台半導體化，電池驅動的可攜帶起搏器問世。從而給予病人行動的自由，並再也不用為斷電擔憂了。
20世紀60年代
1、第一個植入完全植入式起搏器的病人——1960年，第一位病人植入了完全植入式心臟起搏器，它的電池壽命為12-18個月。
2、起搏器的進步——60年代中期，經靜脈電極導線，即可經由靜脈進入心臟的電極導線，取代了先前只能附著在心臟外部表面的電極導線。這樣，起搏器和電極導線的植入不再需要進行開胸手術和全身麻醉。
3、全球第一台“按需型起搏器”——60年代中期，出現了“按需型起搏器”，這種起搏器可感知心臟的正常跳動，只有在需要時才提供起搏。早期的起搏器都按照固定的頻率連續的起搏。而現在所有的新型起搏器均為“按需”型起搏器。
20世紀70年代
1、70年代的長足進步——新型電極導線取代了早期“頂端光滑”的電極導線。這些尖端分叉且可主動固定（鑽入型）的電極導線，至今仍廣為使用，這類電極導線能可靠地固定在心臟組織上，有助於防止電極導線脫落。
2、延長電池壽命以及新型外殼——1975年引入的鋰離子電池大大延長了起搏器的使用壽命（有些型號可長達10年以上），以此替換了老舊的鋅汞電池。
新型鈦外殼用於封裝電池及電路，內部則由環氧樹脂及矽橡膠填充。新型鈦外殼以及特殊禁止物能夠很好地保護內部物件，並且減少外部電磁干擾。安裝了這類新型起搏器的病人可以安全地使用微波爐及其它家用或辦公室內的常用電器。
3、第一台可程控心臟起搏器——70年代中期出現了可程控的心臟起搏器，即起搏器的設定可以通過無線電信號進行控制，這樣在需要調整起搏器設定時，就無需再進行手術。
4、第一台雙腔起搏器——第一台可感知和起搏心臟上腔（心房）和心臟下腔（心室）的可程控心臟起搏器出現於70年代末，通過使用兩個電極導線，雙腔起搏器可以保持心臟上下腔同步，改善心流效率。
20世紀80年代
1、第一個類固醇釋放電極導線——80年代早期，發明了類固醇釋放電極導線。這類電極導線能在電極導線頂端釋放類固醇，防止心臟壁發炎。
2、頻率應答型起搏——80年代中期，具有“頻率應答”功能的起搏器出現了。起搏器內部的一塊微型晶體感知器能感知身體的運動狀態，據此調節起搏器的起搏頻率。
20世紀90年代
1、更為複雜的裝置——90年代，起搏器的體積進一步縮小（為原來尺寸的1/2），壽命更長，可以像微型計算機一樣運作。隨著引入最新的“模式轉換”功能，起搏器可以識別異常的快速心房心律，並自動改變起搏器的治療方式。這項特性可使起搏器始終提供最合適的治療。
2、根據病人的活動作出調整——90年代末，起搏器已經可以根據人體的活動，對起搏心律作出更細微的調整，更好地模擬人體的自然心律。
3、更多有用信息：目前起搏器可以採集並存貯病人的信息，直至下一次拜訪醫生，有一些起搏器直接將病人信息存貯在起搏器的記憶體中（例如姓名，診斷原因，醫生）等，大大方便了隨訪。
研究進展
2014年7月16日，美國科研人員給豬的心臟注射一種基因，成功培育出可以治療心律異常的“生物起搏器”。這一成果發表在美國《科學－轉化醫學》雜誌上。研究負責人、美國錫達斯－賽奈心臟研究所所長愛德華多·馬爾萬在電話記者會上說：“我們利用微創方法首次培育出一種‘生物起搏器’，並證實這種新的起搏器足以維持日常生活需要。這也是首次在活體動物中‘重編程’心臟細胞，有效地治療疾病。”
健康心臟依靠體內自然產生的“起搏器細胞”工作，這些細胞處在心臟內一個被稱作竇房結的極小的區域內。竇房結就像一個節拍器，可以讓平時的心跳保持在每分鐘60到90次。而一旦竇房結功能異常，人們就會出現心律異常。
在最新研究中，馬爾萬等人把一種叫做TBX18的基因注射到6隻豬的心臟內，從而使一種本來不參與控制心律的心臟細胞轉變成為“起搏器細胞”。這些豬都存在名為“完全心臟傳導阻滯”的心律異常問題，但在接受基因療法治療後，原本應該減慢的心跳恢復正常，其效果持續兩周時間。
豬的心臟在許多方面與人的心臟類似，因此這種叫做“體細胞重編程”的技術可能同樣適用於人。首先從中受益的可能是兩類人，一類是植入電子心臟起搏器可能發生危及生命感染的心律異常者，另一類是患有先天性心臟傳導阻滯的胎兒。研究人員說，“也許有一天，我們可以只要注射基因就能挽救性命，而不用植入儀器。”
研究人員表示，他們接下來將進行更多試驗，包括研究這種療法的長期有效性等。如果一切順利，希望3年內啟動相關人體臨床試驗。
