人工器械辅助治疗终末期心力衰竭

晚期心力衰竭的治疗是个非常棘手的问题，人们一直认为晚期心力衰竭是不可逆转的，因而悲观地称之为“终末期心衰”。内科治疗对此类疾病的转归影响有限，大多数方法只能减轻症状，并不能延长患者的寿命。人们在外科领域对此进行了积极而不懈的探索，从心肌动力性成形、心肌切除直到心脏移植，几乎尝试了所有的可能。其中，心脏移植算是较为成功的技术。

1967年12月3日，南非的Christiaan Barnard完成了首例异体心脏移植，患者术后存活了18d。早期由于非常高的排异反应使心脏移植的发展非常缓慢，直至20世纪80年代早期，随着免疫抑制药环孢素的应用使心脏移植患者存活期显著延长，心脏移植才得以迅速发展。然而，慢性排异反应、感染、继发性冠脉病变以及供体的严重缺乏等诸多因素限制了这一技术的广泛开展。在美国，每年等待心脏移植的病人超过50　000，而实际接受心脏移植的仅2　000人。由此可以看出，自然心脏移植远远不能满足病人的需要，寻找新的心脏来源，成为医学家们研究的重点。

人们是否可以用人工心脏暂时甚至于长期自然代替呢？

早在1813年，Legallois第一次提出这样的假说，采用氧合血持续灌注的方法来维持有效的血液循环，可用于动物实验中来替代心脏的功能，他认识到，如果心脏的机械泵血功能能为持续而规律的灌注所代替，并且这种灌注能够满足循环系统所需要的正常数量和速度，那么不管是自然的还是人工的，都能够维持机体正常的生命活动。这在100多年前是一个了不起的发现。实际上这是作者在大量的理论指导下和实践的基础上，对心脏的基本功能作出的高度概括、最为具体、极其实际的精神的阐述，为日后人工心脏的研究奠定了基础。

之后的半个多世纪里，由于科学技术和医学基础科学发展的限制，Legallois的设想一直没有变为现实。1868年，Ludwig等试验发现，可以通过晃动盛有静脉血的烧瓶来进行血液的体外氧合，这表明体外模拟肺功能是完全可能的，解决了Legallois假说中的一个重要的先决条件。随后许多学者先后设想并研制了不同类型的氧合装置，其中较为简单和有效的是一种所谓持续血流鼓泡型氧合器，从而基本从理论和实际两个方面解决了体外氧合问题；到了19世纪末期人们又设计出了一种带泵氧合器，从理论上讲可以代替心脏功能维持机体正常血液循环，这为日后心脏外科的发展和人工心脏的研究提供了极为重要的先决条件。

事实上，现代医学真正突飞猛进的发展只有不到100年的时间，尤其是近几十年。除了医学科学与其他相关学科如生物学、化学、物理学等自然科学之间相互作用相互制约之外，医学科学内部自身如基础学科与临床学科及临床学科之间也相互影响相互渗透。比如在人工心脏研究过程中两个具有里程碑意义的是1900年Landsteiner关于ABO血型的发现和输血与1916年Melean发现了肝素。这两个发现使“人工泵”的研究向前迈进了一大步。

1934年，Michael设计了简单的滚压泵，能单向驱动血流流动代替心脏泵血，在此基础上Gibbon将“滚压泵”和“氧合器”重新结合起来，研制出了早期的“人工心肺机”，后经十几年的潜心研究，结合肝素抗凝和输血的应用，终于在20世纪50年代首次应用于临床。

1953年，Gibbon将人工心肺机加以改进并成功地应用于临床，标志着现代心脏外科时代的开端。人工心肺机能够提供安全、无血的手术环境以及充裕的手术时间，使心脏外科得以迅速发展。

人工心肺机的发展和应用翻开了医学史上辉煌的一页，导致了心脏外科的空前繁荣。现在在人工心肺机的帮助下，外科医生能够彻底修复各类极其复杂的先天性心脏畸形，使各种心瓣膜病病人得到了有效治疗，并且能够从事冠状动脉手术和心脏移植术。几十年来人工心肺机几经改进，加上电子计算机的应用使其日臻完善。然而人工心肺机到目前为止只能满足心脏外科手术需要，并不能完全长期代替心脏功能，而心脏移植又受到供体来源、排异反应、费用等的限制，相反人工心脏恰能克服这些缺点。

从20世纪50年代始，人们不再单纯满足于仅能维持手术中体外循环心肺机的研究，开始有关心脏辅助装置的设计。许多学者发现升高舒张压能够明显增加冠状动脉血流量。

由于体外循环装置体积庞大、操作复杂且对血液成分的破坏较大，在需要长时间循环支持的情况下极不适用，因此，出现了左心或右心的机械性辅助装置。

1961年，Edmunds发现将左心房血液不经过左心室直接引入体循环是可行的，并且能够维持100mmHg以上的压力，随后将这一装置用于临床取得成功，其中1例主动脉瘤破裂的病人存活达35d。后有学者改进插管途径和方法应用于严重心力衰竭的病人，此外还应用于一些心肺转流术后不能脱机的病人，这就是今天的左心室辅助装置，它通过左心房也可经左心室至主动脉从而能够辅助甚至替代左心室功能，维持机体的血液循环，保证重要器官的功能，越来越多地为临床所接受。

在20世纪70年代，由于材料加工、血泵结构、驱动设计、监测控制、手术操作和术后监护等一系列技术的改进和发展，VAD的临床运用得到进一步开展。1975－1980年，多位学者先后报道了应用连接于心尖及升主动脉的气动搏动型体外VAD和腹部安置左心辅助装置（LVAD）的临床试验；同时Golding等将离心泵运用于临床，但效果均不理想。20世纪80年代末期，世界各地运用各种辅助装置开展心脏移植前过渡辅助，取得了一定的成绩和积累了不少经验。现在临床应用的VAD主要有隔膜泵和叶轮泵2种。美国的“De－Bakey”式和英国的“Jarvik”式微型轴流式血泵已置入人体并取得了成功，为其后的全内置永久性人工心脏的出现打下了基础。

1958年，Willem Kolff和Tetsuzo Akutsu将他们自己设计的聚氯乙烯人工心脏置入犬的体内，使其存活了90min。1964年，美国国家心、肺、血液研究所制订了“人工心脏计划”，他们计划在1970年前研制出全人工心脏（TAH）。但“人工心脏计划”需要多学科的知识和技术的支持，且耗资巨大，所以进展一直非常艰难。1969年，Cooley将气动式TAH（由Liotta设计）置入一位体外循环无法脱机的患者作为心脏移植前的过渡，并在64h后为其施行了心脏移植，虽然患者在移植后32h死于肺部感染，但仍然应证了人工心脏作为心脏移植前过渡的可行性。1982年，犹他大学的De－Vris医生将气动式“Jarvik－7”型永久性TAH置入到Barney Clark体内，这是第一个用于人类的永久性TAH，患者术后生存了112d。随后美国的食品与药品管理局（FDA）批准了“Jarvik－7”型TAH试用于临床。到1985年止，进行的一系列共5例“Jarvik－7”型TAH移植患者当中，存活最长的达到了620d。由于TAH置入后均出现了诸如出血、血栓、感染等严重并发症使患者不能长期存活，到1991年FDA又停止了“Jarvik－7”型TAH的临床试用。随后出现了改良的Cardio west，Penn state Electric TAH等据称有较好性能的TAH，但也仅停留在动物实验阶段，距实用仍遥远。

2001年，Jewish医院的医生将Abio Cor TAH首次应用于临床，这是第一个完全独立的可置入永久性TAH。这种新型TAH已经十分接近真正的心脏体积，重约1kg，由钛、塑料、环氧树脂构成。它由4个部分组成，即金属钛制成的心脏主体、微型锂电池、计算机操纵系统以及外接电池组。

“埃伯克”最革命性的变化是：“心脏”可全部置入体内，没有通过皮肤的任何外接导线或导管。“心脏”由电子控制，根据人体需要来调节心跳速度。微型锂电池和操纵系统置入患者的腹腔，外接电池组不置入人体，而是通过安装在腹部表皮下的插座向置入的微型锂电池充电。电流则通过人体源源不断地向“心脏”传送。“内部电池”可以自动工作30min，足以让患者脱下体外电池洗个澡。这种可以完全代替心室功能的人工心脏新奇之处还在于，它不依赖体外的机器工作，且与人类心脏一样，它在人体活动量增加的时候血液流动加快，在休息时血液流动减少。这一成功的手术受到了医学界的高度评价，标志着人工心脏的研究向前迈进了一大步！

人工心脏目前仍处于试验阶段，许多问题如能源、装置耐久性、溶血、出血、栓塞和感染远远未得到解决，同时近来研究还发现心脏具有重要的内分泌功能，这些都向人工心脏的研究提出了挑战。然而人工心脏的研究仍是最为活跃的领域之一。

现代科学技术的飞速发展为人工心脏的研制提供了有利的条件，近年来人工心脏的发展明显加快。许多不同学科的研究者们致力于从各自的领域改进现有的人工心脏，他们的最终目标是实现人工心脏真正意义上的永久置入，代替或部分代替自然心脏的功能。