為了活命,他們裝上了人工心臟

「心臟既然能長出來，就一定能被造出來。」

在植入「人工心臟」的第2天，42歲的A先生下床活動了。此前，他因病臥床多年，吃飯、洗澡都要靠人幫助。

「他的恢復很理想。術後第1天撤了呼吸機。」近日，主刀醫生之一、四川省人民醫院心臟外科中心主任黃克力告訴「醫學界」，A先生患有擴張型心肌病，已處於終末期心力衰竭（以下簡稱心衰）。主治醫生將其列入心臟移植等候名單。但按其現存心臟功能，預期壽命不足一年。「恐怕等不到移植的那天。」

A先生植入人工心臟後的造影。/四川省人民醫院供圖

心臟是人體的「發動機」，心房負責全身血液回流，心室負責泵血。終末期心衰意味著這個「發動機」耗損到無法維修，隨時可能熄火。幾乎所有心臟疾病持續惡化，最終都會進展為心衰。

1967年12月3日，在南非開普敦，時年45歲的外科醫生克裡斯蒂安·伯納德（Christiaan Barnard）完成世界首例人體心臟移植手術。一顆因車禍喪生的25歲女性心臟，被植入一名55歲嚴重心衰男性的胸腔內。雖然該男性患者在術後18天因肺炎去世，但此舉開創了新紀元，醫學界開始嘗試「以心換心」。

然而，這種救治模式註定是杯水車薪。手術費用及後期維護成本高昂是一方面。供體數量和匹配度，是待移植者面臨的又一道關卡。此外，心臟是所有移植器官裡，保存時間最短的。摘下來的心臟允許熱缺血時間，僅為3-4分鐘，在適宜溫度下僅能保存6-8小時。這顯著增加了移植難度。

《中國心血管健康與疾病報告2019》顯示，據中國心血管病患病率推算，我國心衰現患人數約890萬，晚期心衰患者近100萬。中國心臟供體源的數量並不能滿足中國心臟移植的要求。數據顯示，2015-2018年，全國35家（不包括港澳臺）心臟移植中心全面實施腦死亡心臟捐獻以來，共完成心臟移植1583例。

黃克力遺憾地說：「我們已經遇到過兩三名急需心臟移植的患者，因為等不到供體而抱憾離世。」

只有上輩子拯救過銀河系的「極少數」，才能得到這種極度稀缺的資源並獲重生。而一顆通用的、能臨時或永久發揮替代作用的人工心臟，成為終末期心衰患者的最佳選擇。

克裡斯蒂安·伯納德教授因成功完成世界首例心臟移植手術而成名。/Getty Images

人工心臟不像「心」

人工心臟不是個新詞。古希臘神話中，「死神」塔納託斯擁有一顆鐵心和一顆銅心。而拯救現代世界的復聯絕對主角「鋼鐵俠」，亦是人工心臟造就的不朽超級英雄。

現代醫學對人工心臟的定義是：用生物機械手段，部分或完全代行心臟的泵血機能，維持全身血液循環，屬心室輔助裝置/系統。2013年，美國心臟學會（AHA）在心力衰竭管理指南中，將心室輔助裝置列為可選擇的治療方案之一。

基於人體結構，心室輔助裝置可以分為左心室輔助、右心室輔助。同時作用於雙心室的裝置，被醫學界形容為「全人工心臟」。

「從全球的情況來看，2006年6月-2018年7月，有近2.5萬例患者接受心室輔助裝置植入。」中國醫學科學院阜外醫院再生醫學重點實驗室副主任周建業教授曾告訴「澎湃新聞」，人工心臟主要有3方面臨床應用，作為等待心臟移植的過渡，為患者爭取更多時間等到合適供體；為急性心衰患者提供短期替代支持，待心臟功能恢復後撤除；為終末期心衰患者提供長期替代，支持患者攜帶人工心臟長期生存。

在四川省人民醫院，經心臟中心多學科評估，黃克力攜團隊為A先生安裝了第三代人工心臟。其核心部件包括一個形如背包的體外控制器，和一個如水管三通接頭的金屬血液泵，有半個拳頭大小。

圖片來源：四川省人民醫院供圖

「心臟就像一個泵，日夜不停地收縮和舒張，為血液循環提供動力。人工心臟旨在搭建心臟輔助流道，輔助實現血液循環。血液泵由兩根人工血管和患者自身心臟相連。血液從心室經血管、流入血液泵。血液泵內葉輪轉動，產生離心力，將血液泵出，經出血管流入升主動脈，部分或完全代替心臟功能。」黃克力解釋。

血液泵通過一根泵纜，連接到體外的控制器，患者需隨身攜帶。黃克力介紹，控制器約重3kg，內有提供動力的電池組和轉速控制系統。

圖片來源：四川省人民醫院供圖

「醫學界」發現，第一、二代人工心臟分別為搏動泵和軸流泵。第一代搏動式人工心臟也被稱為容積式泵，體積大，不易植入。第二代人工心臟體積變小了，但葉輪轉速高，可能損害紅細胞和凝血系統，易引起血栓。

黃克力稱，第三代人工心臟的設備體積小，易植入，運轉時幾乎不產熱。由於採用非接觸式軸承，核心零件可以不與周圍成分發生任何機械接觸而旋轉，減少了機械摩擦帶來的耗損問題。又因核心零件不和血液直接接觸，血栓問題亦明顯改善。

它也存在一些問題，如成本較高、攜帶不方便、高耗能，電池續航能力有限，易受外界磁場影響等。

「植入的人工心臟可以持續工作，直到進行心臟移植。除不能遊泳外，患者能像正常人一樣生活，可以散步、淋浴、正常工作及外出旅行。」黃克力告訴「醫學界」，國內第一例人工心臟臨床試驗的患者，已帶機生存3年。而A先生也創造了一個記錄，是全國首例正式上市的人工心臟（左心室輔助系統）植入手術患者。

圖片來源：四川省人民醫院供圖

研發路：充滿艱辛、並非坦途

「心臟既然能長出來，就一定能被造出來。」這是「人造器官之父」、人工心臟先驅威廉·約翰·科爾夫（Willem Johan Kolff）說過的話。

1957年，科爾夫和時年35歲的日本學者阿久津哲三（Tetsuzo Akutsu）合作，開發出世界首個人工心臟。阿久津在其文稿中說，研發思路始於對人體心臟的模仿，「無論如何都要讓人工的看起來和真正的心臟一模一樣」。他在辦公室裡擺滿工具機，揉捏粘土，澆灌石膏，切割金屬。他沒日沒夜地工作，手工製作所有零部件。最終，成品出來了，形似真實心臟，有4個腔室，包括左心房、左心室、右心房和右心室，通過使用循環液壓來產生脈動流。

威廉·約翰·科爾夫（左）和阿久津哲三。/Cleveland Clinic

1957年12月12日（亦有說是1958年1月），在體外循環的支持下，科爾夫和阿久津將其研發的人工心臟植入實驗犬體內。體外循環終止後，這顆人工心繼續維持血液循環90分鐘。1958年，相關實驗結果在美國人工器官協會第四次會議上報告。

此後，全球越來越多的研究團隊開啟人工心臟嘗試。

1969年，美國完成全球首例雙心室輔助裝置人體植入手術。美國醫生丹頓·阿瑟·庫利（Denton Arthur Cooley）為一名47歲男性，植入以其命名的「李奧塔-庫利全人工心臟」（Liotta-Cooley人工心臟），作為心臟移植前過渡治療。這是一顆氣動的「人工心」，患者在外部動力協助下，靠它活了64小時，然後接受心臟移植。心臟移植術後32小時，患者死於假單胞菌性肺炎。

第二例人工心臟人體植入術發生於10多年後。1981年，主刀醫生仍是庫利，裝置是升級版、有兩個氣動的雙心室泵（Akutsu-Ⅲ人工心臟）。植入人體55小時後，患者接受了心臟移植。術後10天，患者死於感染、腎衰竭及肺部併發症。

庫利用過的這兩種人工心臟再未被用於臨床。

圖片來源於網絡

1970年，美國猶他大學推出Jarvik-7全人工心臟，依然是氣動雙心室泵。1982年12月2日，該裝置被首次置入1名61歲心衰患者體內。術後112天，患者死亡。1985-1991年，約有170名患者使用Jarvik-7，作為心臟移植前的過渡治療。期間，患者的敗血症及多器官功能衰竭發生率較高。1991年，美國食品和藥品管理局（FDA）以不符合FDA管理條款為由，停止該裝置的臨床應用。

上世紀90年代後，Jarvik-7得以革新、改名，於2001年在美國、加拿大及法國成功應用於臨床。2004年，美國FDA批准其作為移植前輔助治療措施。2012年3月，美國FDA以「人道主義使用設備（HUD）」，批准其作為終點治療。HUD是針對特殊醫療器械設立的，特指那些旨在服務少數特殊病患，在美國每年影響人數少於8000人，帶來益處勝過使用可能造成的傷害或疾病風險。

2000年，全球首顆全內置全人工心臟問世，組成部分包括電動泵系統（含2個人工心室和4個瓣膜）、控制系統、電池及經皮能量傳輸系統（TET）線圈。置於體內的電動泵通過TET及射頻交流系統，進行充電和信號傳遞。因為少了穿透胸壁的管線，患者感染風險大大降低。但這一設備體積大、重900g，只適用於胸腔容積較大的患者。開發20多年來，它遲遲未得到美國FDA批准。

全球首顆全內置全人工心臟體積大，重900g。/AFP

「全人工心臟的研發之路充滿艱辛，需要克服重重困難。由於早期植入後存在感染、出血和血栓栓塞，及生物相容性等嚴重併發症，使患者死亡，許多臨床試用的全人工心臟項目被迫中止。」2014年，中國工程院院士、中國醫學科學院阜外醫院院長胡盛壽在《全人工心臟離我們有多遠？》中寫道。

於是，一部分致力於全人工心臟研發的研究人員，如阿久津等，轉攻單心室輔助裝置。

黃克力稱，左心室是向全身泵血的主要動力源。在許多心衰重症病例中，若能解決左心室問題，即可提供足夠的心臟功能。

臨床試驗也發現，一些使用左心室輔助裝置的患者，最終恢復到不用輔助裝置、也能靠原裝心臟生活的程度。原因是，他們不堪重負的心肌在心臟輔助裝置的協助下，得到寶貴的喘息時間，最終重獲力量。這亦使其免於心臟移植。「移植後，患者需要長期、大劑量使用抗排異藥物。這可能造成肝腎功能損傷，也會增加惡性腫瘤風險。」黃克力說，植入心室輔助裝置，患者要用的藥物就簡單很多，主要是抗凝。

數據顯示，A先生所植入的左心室輔助裝置，在國外已有患者持續佩戴10.5年。

2016年6月，25歲的美國小夥兒斯坦·拉金（Stan Larkin）被媒體廣泛關注。他依靠雙心室輔助裝置，活了555天，最終等到心臟移植。/Daily Mail

從技術發展現狀看，要想永久替代人類心臟，心臟輔助裝置還要攻克許多技術難關。包括：較低的抗凝或不抗凝，更小的功率要求，更安靜，易於植入和監測，電池更長續航，在身體之外沒有任何部件。最終，它們應該成為「被植入和遺忘」的設備。

目前，將人工心臟與再生醫學結合，成為主流研究方向之一。比如，從患者腿部肌肉提取細胞，培養後製成片狀，再聯合人工心臟一起、植入患者心臟中。細胞將與心肌一起工作。一旦心臟功能恢復到足夠強大，就能取出人工心臟，患者將依靠自己的心臟生活。

先驅們的夢想正在逐步被後世實現。

資料來源：

1.中國心血管健康與疾病報告2019概要. 中國循環雜誌, 2020, 35(9):833-854. DOI:10.3969/j.issn.1000-3614.2020.09.001

2.行業 | 全人工心臟：無數失敗中的艱難求索，機械心能否替代生物心？. 思宇醫械觀察

3.數說中國器官移植事業5年發展：我們繪製了「女媧補天圖」. HUST數說

4.心臟既然能長出來，就一定能被造出來 | 人工心臟背後的故事. 知識分子

5.阿久津哲造：人工心臟之父的一生. 客觀日本

6.Inventor for Life. The story of W.J.Kolff father of artificial organs. B&V media Publishers. Kampen 2003, pp. 256

7.In memoriam: Tetsuzo Akutsu 1922-2007. US National Library of Medicine National Institutes of Health. Tex Heart Inst J,2008,Vol.35,p. 1-4

8.國產全磁懸浮人工心臟將臨床試驗，此前成功救治三例危重患者. 澎湃新聞

9.Man, 25, kept alive for a year and a half with an artificial heart in a BACKPACK finally receives transplant. Daily Mail

來源：醫學界

作者：燕小六

審稿：田棟梁

校對：臧恆佳

責編：潘穎