完全人工製造的心臟：離你的胸腔已經不遠
在工程學的角度看來，人的心臟是一個奇跡。在成年人胸腔的心臟，心肌平均每天搏動近十萬次，主動脈泵血後，通過動脈向全身輸血，包括大腦分支及腳趾。
由於心臟複雜的生理結構，生物醫學工程師需要耗費漫長的時間來建造一個機械複製品，使用人工心臟來保持心力衰竭患者良好地活下去。自20世紀50年代以來，雄心勃勃的研究人員試圖建造人工心臟，但頻頻出現障礙。現在，四家公司認為他們找到了正確的技術，他們試圖證明這個技術。臨床試驗和動物試驗終於證明永久性人工心臟的可靠性，已準備于2017年應用於臨床。
目前，僅在美國約 570 萬人診斷為心力衰竭，意味著他們的心臟將逐漸變得無法有效泵血。 一些病情嚴重的患者加入了心臟移植手術的等待名單，但由於捐贈的心臟稀少，許多患者在等待中死亡。
來自美國亞利桑那州的 SynCardia 系統的人工心臟已經被美國監管部門批准為“移植橋樑”，現在該公司正在招募患者進行臨床試驗，將該設備作為永久替代品進行測試。SynCardia 公司 CEO Michael Garippa 說，這項試驗的範圍很小，只有 28 名患者。此前，已經有超過 1600 個短時間安置人工心臟的患者證明 SynCardia 心臟是安全的。
圖片為 Syncardia 系統。Syncardia 心臟作為解決方案已經應用於臨床，等待需要移植的患者。 現在正在測試 Syncardia 心臟是否能夠永久替換。
Garippa 相信，基於設備簡單性的設計，SynCardia 心臟是耐用的。他說：“病人身體內沒有任何電子元件”。SynCardia 的心臟有兩個塑膠腔室，來模仿心臟。每個塑膠腔室被一層膜分為兩部分，一部分是具有空氣的心室而另一部分是具有血液的心房。具有 SynCardia 心臟的患者攜帶 6 千克的空氣壓縮機，壓縮機連接著穿過腹部的管道，將空氣輸送到兩個心室，通過推動它們的膜以推動另一側心房的血液泵出。壓縮機以每分鐘 120 次的穩定速率工作，但伴有響亮的聲音。“這雖然不是正常人的生活，但它的跳動方式比心衰患者以前的心臟跳動更強健。”Garippa 說到。
圖片為具有 Syncardia 心臟的患者需要攜帶一個 6 公斤箱子，箱子裡面是電池和驅動氣動泵的空氣壓縮機。
GIF為 SynCardia 心臟保持搏動的過程：在 SynCardia 心臟裡面，空氣推動膜運動，繼而推動另一側血液泵出。
法國一家名為 Carmat 的公司希望把人工心臟做得更好。“我們的系統非常安靜”，Carmat 的首席醫療負責人 Piet Jansen 說到。Carmat 心臟像 SynCardia 的設備一樣，也有兩個人工腔室，通過膜片向外按壓泵血。Carmat 心臟使用植入泵，將液壓流體替代壓縮空氣來驅動膜片。雖然 Carmat 的心臟比 SynCardia 的設備更大，更重，更複雜，但它具有感應器能夠根據患者的運動水準來計算患者適合的心率並通過微處理器來改變心率，Carmat 的設計師為這一項設計而感到自豪。電線需要從患者背部繞到頸部連接3 kg 的電池組。
圖為 Carmat 人工心臟，Carmat 人工心臟的操作原理與 Syncardia 設備類似，但是 Carmat 系統是使用液壓流體代替空氣泵輸送血液。
Carmat 的第一個可行性研究似乎是曲折的：四個病人中有兩個在三個月內死亡。 行業分析師 Andrew Thompson，最近撰寫了一篇關於人工心臟的報告，他說這些患者極度虛弱，他們的離世，並不是設備的故障，是因為患者身體的原因。
歐洲監管機構已經批准了 Carmat 在今年 8 月推出的主要臨床試驗。監管機構一定會批准該公司接下來的實驗，Carmat 外科醫生預計于 2017 年年底將其裝置植入約 20 名患者體內，並希望在 2018 年，其人工心臟能夠被認證為歐洲人的永久性替代裝置。
另外兩家公司尚未進入臨床試驗階段，這兩家公司採用的技術方法，專家認為更具有發展前景。兩家公司都拒絕使用膜來推動血液，而是使用具有旋轉功能的離心泵，通過扇形葉片的旋轉將血液推向前方，通過動脈運輸恒定的血流量。基於 Cleveland Clinic 開發的技術，Cleveland Heart 的人工心臟在 201 5年植入了兩隻小牛體內，進行了為期 90 天的試驗，小牛依舊健康地活著。在美國德克薩斯州，一家名為 Bivacor 的公司目前正在與德克薩斯心臟研究所合作，在小牛體內進行 90 天的研究。兩家公司仍在調整他們的設計面向於人類進行試驗。
圖為來自美國德克薩斯州的 Bivacor 公司的人工心臟，它在小牛中進行測試。
GIF 為 Bivacor 心臟保持搏動的過程：Bivacor 心臟用安裝在共同輪轂上的兩個離心式葉輪推動血液，該輪轂通過磁懸浮保持懸浮狀態。
Gianluca Torregrossa 是一名心臟外科醫生，他已經植入了 SynCardia 設備，並記錄了人工心臟研究的進展，他急切地觀察 Carmat 和 Bivacor 這兩家公司。Torregrossa 說，兩家公司“連續流動”的設計更加優良 , 如果兩家公司的設備移動部件更少的話，將會有更好的未來。
當涉及臨床試驗時，所有的技術必須在非常艱難的情況下證明自己。SynCardia 公司的 Garippa 說：“醫生不希望將患者轉診到科學專案，除非患者已經別無選擇。如果該技術適用於這些病重患者，那便可證明這是可靠的人工心臟。2017 年的試驗終於可以證明人類所創造的奇跡，這是一項工程學奇跡，而不是生物學奇跡。
via
IEEE Spectrum