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科技日历 | 人类第一次成功使用机械心脏,一位41岁的钢铁工人靠它活了下来
2020-03-09 15:35 前瞻网   

 

靠机械心脏生存下来,没有自己的心跳也能活着——这样的故事在68年前的今天已然成为现实。第一个幸运获得这个机会的,是一位美国的41岁的钢铁工人皮特·迪林。

这是人类首次将机械心脏成功地安装在患者身上。1952年3月8日当天,美国宾夕法尼亚医院在费城宣布了这一消息。

据悉,那个机械心脏成为了手术中的一大关键,它的功能就是取代左心室——将大量的含氧的血注入全身的腔室。它对1932年德贝基博士研制的泵式心脏进行了改进,主要是通过一个内置涡轮,将人体血液从左心室通过动力泵输送到主动脉,之后凭借安装在腹部的电源提供的动力,向身体各个部位不间断供血,持续不断的血流不会产生脉动。机械心脏内部的磁场,使得涡轮在悬浮的状态下运转,因而不会产生任何摩擦,也不会有任何零件磨损。

这样精密的机械,用在一个钢铁工人身上,也算是一次缘分了,患者当时接受手术还颇有种为科学献身的意味。

由于它的支持辅助,迪林的生命维持长达80分钟,在此期间医生们试图发现是否有肿块式血凝块引起阻塞。

这场手术显然并不简单,进行手术的医护人员们也非常关注每一个细节。参加这场手术的人员,就有来自3个不同医院的9名大夫、5名护士,和2名技术专家。

这场手术的成功,代表着人类制造机械心脏这种医疗装置的成功,也被世界医学界誉为一项重大突破。从那以后,越来越多的科研队伍开展了这一方面的研究与改进。

直至那位钢铁工人皮特·迪林逝世,他身上的机械心脏仍在运转,那次手术也成为了一次难得的开创性实践。

早在19世纪早期,就有了利用机械装置支持衰竭心脏的理论。机械心脏的成功“安装”,使之成为了普通心脏移植手术的替代物,并且真正在临床上有了成功的应用案例。

心脏捐献来源一直都是稀缺的。每年世界上只有不到十分之一的患者能等到合适的心脏。心脏不过是一个泵而已,但它将成为终末期或重症心力衰竭患者唯一有效的治疗手段。过去的半个世纪里,生物工程学家们一直试图给这个生物机器制造一个机械复制品。

1960年代,科学家们承诺十年内制造一个人工全心脏,以攻克末期的双心室心力衰竭。这项提议成功地引起了美国国会的兴趣,向国家心肺血液研究所新成立的人工心脏计划投入了几十万美元。但安装是一回事,让它和人体协调运作又是另一回事。

1969年,美国成功实施第一例临床TAH置入术。美国医生库利为一名47岁男性成功置入一颗以设计者名字命名的Liotta-Cooley TAH,作为移植前过渡治疗。患者靠这颗气动的双心室辅助泵生存64小时后接受了心脏移植,移植后32小时死于假单胞菌性肺炎。

1978年,第一颗永久性人工心脏诞生。美国科学家亚尔维克(Jarvik)建立了人工心脏的“Jarvik模型”,他也是第一颗永久性TAH——Jarvik 7的发明者。Jarvik 7由两个气动的球形聚氨酯泵模拟双心室功能,以涤纶毡片与患者心房相连,以两根聚氨酯电缆穿出胸壁连接外部控制器。

1982年,Jarvik 7被首次置入体内,接受者为61岁患者克拉克。接受手术后他活了112天。他是第一个活着的、没有自然心跳的人。

1998年底,美国德克萨斯州著名的外科医生迈克尔·德巴凯和美国宇航局的科学家们共同研制成功一种只有三号电池那么大的全植入式人造心脏。它可以植入患者的胸腔内,每分钟转动1000次,帮助因病症而丧失部分功能的心脏把血液输送到身体的其余部分。此次人造心脏植入手术,植入的就是世界上首颗可以完全代替心脏功能并能完整植入体内的人造心脏。

2001年,美国医生为病人植入了世界上第一个完整的、不需要通过管线与外部电源连接的人工心脏。

2007年,美国FDA批准了第一例人工机械心脏用于临床。

2013年,法国实现首例全人造心脏移植。法国Carmat公司制造的全人造心脏被移植到了患者身上,患者在术后75天死亡。这颗人造心脏重900克,由锂电池供能。它可以在体内工作5年,当时估价为19万美元至24.4万美元。

2017年7月,首个3D打印柔性心脏诞生,可持续跳动3000次使人存活45分钟。据悉,苏黎世联邦理工学院研究团队通过3D打印技术和失蜡铸造技术制造出一种硅胶心脏,像真正的器官一样。

2018年02月,香港大学造出世界首个人造迷你心脏,研究人员使用干细胞,借助基因工程等技术,只需要几升血液,就能再造专属的人类迷你心脏。

人工心脏是最复杂、最精密的医疗器械,因其产品制造的技术难度和手术操作的难度,素有“医疗器械皇冠上的宝石”之称。和生物心脏不同,人工心脏在身体崩坏时仍然能向全身供血和向脑部供氧。至今,人工机械心脏已经进入全新的发展阶段,每年有8000人使用这样的人工心脏来延续生命。

它也有了专业的医学名称——“心室辅助装置”。人工心脏从第一代的搏动血流,到第二代的机械轴承,再到第三代的磁悬浮轴承,临床效果越来越好。

欧、美、日等发达国家在这方面已经拥有成熟技术,但在我国成熟的上市产品还很少。20世纪90年代,我国开始探索人工心脏的应用。2015年,我国自主研制成功一颗直径50毫米、厚度26毫米、重量不到180克的全磁悬浮人工心脏,名为“中国心”。2017年6-10月期间,阜外医院将具有完全自主知识产权研制成功的第三代全磁悬浮人工心脏用于救治三例危重患者,并获得成功。2019年8月26日,由中国企业生产的人工心脏——“重庆造”植入式左心室辅助系统EVAHEART I(“永仁心”人工心脏)获批上市。这是我国第一个正式上市的植入式心室辅助产品,有效填补了国内产业空白。

相信随着技术的继续进步,比人类心脏功能强大数倍乃至数十倍的机械心脏终会出现。

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责任编辑: zhenggongbo

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