科技日曆 | 人類第一次成功使用機械心臟,一位41歲的鋼鐵工人靠它...

2020-11-19 騰訊網

靠機械心臟生存下來,沒有自己的心跳也能活著——這樣的故事在68年前的今天已然成為現實。第一個幸運獲得這個機會的,是一位美國的41歲的鋼鐵工人皮特·迪林。

這是人類首次將機械心臟成功地安裝在患者身上。1952年3月8日當天,美國賓夕法尼亞醫院在費城宣布了這一消息。

據悉,那個機械心臟成為了手術中的一大關鍵,它的功能就是取代左心室——將大量的含氧的血注入全身的腔室。它對1932年德貝基博士研製的泵式心臟進行了改進,主要是通過一個內置渦輪,將人體血液從左心室通過動力泵輸送到主動脈,之後憑藉安裝在腹部的電源提供的動力,向身體各個部位不間斷供血,持續不斷的血流不會產生脈動。機械心臟內部的磁場,使得渦輪在懸浮的狀態下運轉,因而不會產生任何摩擦,也不會有任何零件磨損。

這樣精密的機械,用在一個鋼鐵工人身上,也算是一次緣分了,患者當時接受手術還頗有種為科學獻身的意味。

由於它的支持輔助,迪林的生命維持長達80分鐘,在此期間醫生們試圖發現是否有腫塊式血凝塊引起阻塞。

這場手術顯然並不簡單,進行手術的醫護人員們也非常關注每一個細節。參加這場手術的人員,就有來自3個不同醫院的9名大夫、5名護士,和2名技術專家。

這場手術的成功,代表著人類製造機械心臟這種醫療裝置的成功,也被世界醫學界譽為一項重大突破。從那以後,越來越多的科研隊伍開展了這一方面的研究與改進。

直至那位鋼鐵工人皮特·迪林逝世,他身上的機械心臟仍在運轉,那次手術也成為了一次難得的開創性實踐。

早在19世紀早期,就有了利用機械裝置支持衰竭心臟的理論。機械心臟的成功「安裝」,使之成為了普通心臟移植手術的替代物,並且真正在臨床上有了成功的應用案例。

心臟捐獻來源一直都是稀缺的。每年世界上只有不到十分之一的患者能等到合適的心臟。心臟不過是一個泵而已,但它將成為終末期或重症心力衰竭患者唯一有效的治療手段。過去的半個世紀裡,生物工程學家們一直試圖給這個生物機器製造一個機械複製品。

1960年代,科學家們承諾十年內製造一個人工全心臟,以攻克末期的雙心室心力衰竭。這項提議成功地引起了美國國會的興趣,向國家心肺血液研究所新成立的人工心臟計劃投入了幾十萬美元。但安裝是一回事,讓它和人體協調運作又是另一回事。

1969年,美國成功實施第一例臨床TAH置入術。美國醫生庫利為一名47歲男性成功置入一顆以設計者名字命名的Liotta-Cooley TAH,作為移植前過渡治療。患者靠這顆氣動的雙心室輔助泵生存64小時後接受了心臟移植,移植後32小時死於假單胞菌性肺炎。

1978年,第一顆永久性人工心臟誕生。美國科學家亞爾維克(Jarvik)建立了人工心臟的「Jarvik模型」,他也是第一顆永久性TAH——Jarvik 7的發明者。Jarvik 7由兩個氣動的球形聚氨酯泵模擬雙心室功能,以滌綸氈片與患者心房相連,以兩根聚氨酯電纜穿出胸壁連接外部控制器。

1982年,Jarvik 7被首次置入體內,接受者為61歲患者克拉克。接受手術後他活了112天。他是第一個活著的、沒有自然心跳的人。

1998年底,美國德克薩斯州著名的外科醫生麥可·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。

2001年,美國醫生為病人植入了世界上第一個完整的、不需要通過管線與外部電源連接的人工心臟。

2007年,美國FDA批准了第一例人工機械心臟用於臨床。

2013年,法國實現首例全人造心臟移植。法國Carmat公司製造的全人造心臟被移植到了患者身上,患者在術後75天死亡。這顆人造心臟重900克,由鋰電池供能。它可以在體內工作5年,當時估價為19萬美元至24.4萬美元。

2017年7月,首個3D列印柔性心臟誕生,可持續跳動3000次使人存活45分鐘。據悉,蘇黎世聯邦理工學院研究團隊通過3D列印技術和失蠟鑄造技術製造出一種矽膠心臟,像真正的器官一樣。

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。

人工心臟是最複雜、最精密的醫療器械,因其產品製造的技術難度和手術操作的難度,素有「醫療器械皇冠上的寶石」之稱。和生物心臟不同,人工心臟在身體崩壞時仍然能向全身供血和向腦部供氧。至今,人工機械心臟已經進入全新的發展階段,每年有8000人使用這樣的人工心臟來延續生命。

它也有了專業的醫學名稱——「心室輔助裝置」。人工心臟從第一代的搏動血流,到第二代的機械軸承,再到第三代的磁懸浮軸承,臨床效果越來越好。

歐、美、日等發達國家在這方面已經擁有成熟技術,但在我國成熟的上市產品還很少。20世紀90年代,我國開始探索人工心臟的應用。2015年,我國自主研製成功一顆直徑50毫米、厚度26毫米、重量不到180克的全磁懸浮人工心臟,名為「中國心」。2017年6-10月期間,阜外醫院將具有完全自主智慧財產權研製成功的第三代全磁懸浮人工心臟用於救治三例危重患者,並獲得成功。2019年8月26日,由中國企業生產的人工心臟——「重慶造」植入式左心室輔助系統EVAHEART I(「永仁心」人工心臟)獲批上市。這是我國第一個正式上市的植入式心室輔助產品,有效填補了國內產業空白。

相信隨著技術的繼續進步,比人類心臟功能強大數倍乃至數十倍的機械心臟終會出現。

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