人造心臟

人造心臟是指科學家為了挽救越來越多的心臟病患者的生命，而研製出來的一種人造器官。

人造心臟與人類心臟大小相當，據它的發明者稱可以完全替代人類心臟，從而挽救數千患有心臟病患者的生命，因為很多人在等待心臟捐獻的過程中死去。這種人造心臟的跳動與真正的心臟類似，上面覆蓋有經過特殊處理的組織以避免引起人類免疫系統的排異反應，尤其是血栓的形成。

人造心臟本體可取代患者心臟的左右心室，微型鋰電池和操縱系統植入患者腹腔，用以提供動力。外接電池組可通過安裝在腹部皮膚下的能量傳輸裝置對微型鋰電池進行充電。

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，心臟是一種通過肺髒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。

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。

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：

1.第一階段，左右心房同時收縮，將血液壓送到左右心室。

2.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。

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斷開連接時，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心臟由鈦和塑料製成，連接以下四個部位：

*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。

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，用於將人造裝置連接到患者的人體組織。

1982年，美國猶他大學醫學中心的威廉·德夫里斯博士領導的一個手術小組，給一名叫克拉克的心臟病患者植入一顆名叫賈維克的人類第一個人造心臟，開創了人造心臟移植的先河，震驚了世界。

這顆人造心臟是由猶他醫療小組成員羅伯特·賈維克設計的。它通過兩條2米長的軟管連到體外的一部機器上，壓縮空氣維持着這顆人造心臟的跳動。克拉克在手術後不久就能夠站起來走幾步路，自己吃東西。這顆塑料心臟在他的胸腔裏跳動了將近1300萬次，維持了112天的生命。

後來他們又陸續給另外4名病人移植賈維克人造心臟，但其中活的最長的患者只存活了620天。從此，人造心臟的移植處於了停滯階段。美國在1984年規定，只能用賈維克人造心臟作為過渡，使垂死病人延長生命，等待移植人心。

1991年1月美國亞利桑那大學醫學中心和猶他大學美德福特研究基金會聯合成立了卡迪奧威斯特公司，在賈維克人造心臟的基礎上推出了卡迪奧威斯特人造心臟。

1993年1月11日，亞利桑那大學醫學中心為一名46歲的婦女移植了第一顆卡迪奧威斯特人造心臟作為等待真正心臟的過渡手段。一、兩個月後人造心臟取出，醫生給她移植了人心。

1993年8月11日，加拿大渥太華心臟研究所宣佈，他們研製成功了第一顆永久性的人造心臟。該人造心臟不同於“賈維克”的機械心臟，它能植入人體體內，並維持病人一生的生命。

1995年10月23日，一位64歲的英國退休電影製片人成為世界上第一位接受永久性電動人造心臟的人。這次手術是英國牛津約翰·拉德克里夫醫院的史蒂夫·韋斯塔比醫生主持實施的。植入的永久性電動人造心臟的設計者是美國德克薩斯心臟研究所，製造者是美國熱動力心臟系統公司。

這種人造心臟只有拇指大小，可植入人的心臟內，並能根據人體的活動情況自動調節泵的壓力和速度。它通過無線電波從體外的電池組中獲得能量，省卻了導線，即安全又方便。

1998年底，美國德克薩斯州著名的外科醫生邁克爾·德巴凱和美國宇航局的科學家們共同研製成功一種只有三號電池那麼大的全植入式人造心臟。它可以植入患者的胸腔內，每分鐘轉動1000次，幫助因病症而喪失部分功能的心臟把血液輸送到身體的其餘部分。

此次人造心臟植入手術，植入的就是世界上首顆可以完全代替心臟功能並能完整植入體內的人造心臟。

人類心室生物混合模型

2022年7月8日美國《科學日報》網站報道，美國哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的生物工程師們，開發了首個人類心室的生物混合模型，該模型具有呈螺旋狀排列的跳動的心肌細胞。他們還證明，特定的肌肉排列方式確實可以顯著增加心室每次收縮時的泵血量。 ^[3] 

1.外科醫生將能量傳輸線圈植入患者的腹部。

2.打開胸骨，將患者置於一台心肺機上。

3.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。

4.將心房補片縫合至患者自身心臟的左右心房。

5.在患者胸內放置一個塑料模型，以確定人造心臟在患者體內的正確位置以及適合程度。

6.將移植物切割成適當的長度，縫合到主動脈和肺動脈上。

7.將AbioCor置於胸腔內。外科醫生採用“快速連接器”（類似於小摁釦）將心臟連接到肺動脈、主動脈和左右心房。

8.排出裝置中的所有空氣。

9.將患者從心肺機上移走。

10.手術小組確保心臟正常工作。

永久人造心臟由4個部分組成，即金屬鈦製成的心臟本體、一個微型鋰電池、一個計算機操縱系統以及外接電池組。人造心臟本體可取代患者心臟的左右心室，微型鋰電池和操縱系統植入患者腹腔，用以提供動力。外接電池組可通過安裝在腹部皮膚下的能量傳輸裝置對微型鋰電池進行充電。

美國食品和藥物管理局（FDA）宣佈，預期僅剩不到1個月的生命，且不適合接受心臟移植手術的嚴重心臟病患者，可選擇安裝一顆永久性人造心臟。這是全球第一種可完全代替心室功能並能完整植入體內的人造心臟，也是美國首次批准投入臨牀使用的人造器官。

08年10月28日一位法國醫生向人們展示了他研製的世界上第一顆完全可移植式人造心臟。在世界首例人類心臟移植手術30年後，這種將動物組織、金屬鈦和導彈技術完美結合在一起的發明具有革命性意義。

這個人造心臟與人類心臟大小相當，據它的發明者稱可以完全替代人類心臟，從而挽救數千患有心臟病患者的生命，因為很多人在等待心臟捐獻的過程中死去。這種人造心臟的跳動與真正的心臟類似，上面覆蓋有經過特殊處理的組織以避免引起人類免疫系統的排異反應，尤其是血栓的形成。

得益於最近應用於導彈技術中的電子傳感器技術，這種心臟還會立即對血壓的變化做出反應，根據情況以相應的心率進行搏動。這種人造心臟重約1公斤，其唯一的體外部分是一個有5小時燃料使用期限的電池。

09年3月19日報道，印度科學家依據蟑螂心臟原理製造出獨特的新型人造心臟，造價僅2000美元。印度專家稱這種人造心臟的可靠性和安全性都高於西方現有同類產品，能長期不間斷地高水平正常工作，但是價格卻是後者的三十分之一。

哈拉格普爾理工學院（Indian Institute of Technology, Kharagpur）開發出了這種人造心臟。這種新型人造心臟的工作原理非常特殊，和傳統人造心臟系統存在很大不同，它根據蟑螂的心臟起搏和運行機制研發而成。

這種新型人造心臟使用的材料是金屬和塑料。這種新型人造心臟已經在青蛙身上獲得了成功的實驗，為了便於觀察，實驗採取心臟外掛方式，即不植入青蛙體內，截至3月19日，心臟運行狀況良好。為了使研究順利進行下去，在活體動物上做試驗已經獲得了政府批准，並將於09年五月在山羊身上做類似試驗。在活體動物身上完成整個實驗過程還需要一年的時間，此後才有可能在人類身上做實驗。當然這也同樣需要得到政府的支持和允許。

1982年，威廉德弗里斯博士移植了Jarvik-7，Jarvik-7是第一個完全永久性的替換心臟。手術在猶他大學進行，患者是巴尼?克拉克博士，一名西雅圖的牙科醫生。克拉克依靠該心臟存活了112天，最終死於該裝置引起的併發症。

Jarvik-7是一種空氣驅動心臟，由威廉?科爾夫博士和唐?奧爾森博士共同設計。Jarvik-7心臟和獨立自足式AbioCor心臟不同，它需要數條外置電線，這些電線從患者身上引出並連接到外部的一個大型設備上。這些電線導致克拉克受到多種感染。

曾有4名以上的患者使用過Jarvik-7，但後來種種複雜的原因（包括患者染上中風、裝置出現機械故障以及心臟結構匹配問題）導致Jarvik-7最終被停止使用。此後，該裝置得到不斷改進，並將名稱改為CardioWest心臟。它僅供實驗使用，並作為一種心臟移植手術前的過渡手段。

美國健康官員週二宣佈，那些預計壽命只有一個月而且不適宜做心臟移植手術的嚴重的心臟病患者，可以考慮植入一個永久性的人造心臟。

14名植入人造心臟的患者手術後平均能活不到5個月，僅有一人允許出院回家。幸運者只在少數，只有一人活了17個月，另一人10個月。

AbioCor是首個獲得美國食品與藥物管理局(FDA)許可，可以給病人植入人造心臟的公司。當局官員表示，40年來一直有人不斷申請使用人造心臟，此次正式批准雖然只有範圍的限制，但可以説是在人造心臟史上邁出了重要的一步，之前對申請不予批准也是希望人造心臟功能可以更完善些，儘量能延長存活期限。

人造心臟瓣膜領域具有世界水平的權威專業知識克服了血栓難題，具有革命性意義。這種發明得益於最近應用於導彈技術中的電子傳感器技術，這種心臟會立即對血壓的變化做出反應，根據情況以相應的心率進行搏動。

心臟病是人類的主要殺手，每年有1700萬人因此喪生，這個發明的成功可挽救數千患有心臟病患者的生命，因為很多人在等待心臟捐獻的過程中死去。這種人造心臟的跳動與真正的心臟類似，上面覆蓋有經過特殊處理的組織以避免引起人類免疫系統的排異反應，尤其是血栓的形成。

人工心臟即用生物機械手段部分或完全替代心臟的泵血機能，維持全身的血液循環。按功能劃分包括心室輔助血泵（VAD）和全人工心臟（TAH）。人工心臟移植為一種治療心衰的手段，是心臟移植術有效的替代方案

與人類心臟大小相當，據它的發明者稱可以完全替代人類心臟，從而挽救數千患有心臟病患者的生命，因為很多人在等待心臟捐獻的過程中死去。這種人造心臟的跳動與真正的心臟類似，上面覆蓋有經過特殊處理的組織以避免引起人類免疫系統的排異反應，尤其是血栓的形成。

2018年02月，香港大學造出世界首個人造迷你心臟，研究人員使用幹細胞，藉助基因工程等技術，只需要幾升血液，就能再造專屬的人類迷你心臟。使用有人體細胞的人造心臟試藥，可以有效測試藥物毒性，從而改善藥效，提高新藥研發效率和減少研發成本 ^[1]  。

2021年8月31日，34歲的劉先生從江蘇省人民醫院（南京醫科大學第一附屬醫院）心臟大血管外科病房出院。這是首例國產人工心臟植入術患者康復出院。給劉先生使用的植入式磁液懸浮心室輔助裝置是首個國產型號，其設備小巧，對患者的日常生活影響較小，創下國內四個“唯一”——唯一純國資企業生產；唯一自始至終醫工結合；唯一國內原創獨立自主知識產權；唯一全套產品國內研製。“人工心臟”植入人體內後相當於為患者自身心臟裝了一個能動心臟泵，通過泵的工作原理來輔助或代替真實心臟的泵血功能，從而讓自身心臟得到“休息”，同時也保證了腦、腎、肝臟等重要器官灌注的目的 ^[2]  。