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心力衰竭的辅助循环装置治疗的新进展
心力衰竭是世界范围内导致心血管患者死亡的主要原因之一，心脏移植是目前治疗终末期心力衰竭有效的方法，但因供体严重不足等原因，这种疗法的应用受到限制。近几年包括主动脉球囊反搏，心室辅助装置和全人工心脏在内的机械辅助循环支持（ mechanical circulatory support，MCS）装置得到迅速发展。现对 MCS的分类、近年发展情况，目前存在的问题及未来发展趋势等进行综述。
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人工心脏研究之我见:关于"功能性全人工心脏"的思考
0 引言从狭义的观点来看, 人工心脏就是用人造血泵代替自然心脏,可分为心脏辅助装置和全人工心脏.全人工心脏的研究在很多国家已历时多年,虽取得不少成就,但临床应用效果仍不是很满意.全人工心脏应用时引发的各种严重并发症常导致病人死亡,成为限制人工心脏技术发展的瓶颈.克服这些困难固然需要多个学科的努力和多方面的技术进步,但也需要观念的变革.
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骨骼肌能源在心脏辅助循环中的发展现状
辅助循环是用机械或生物机械手段部分或全部替代心脏泵功能，以维持良好的全身循环 状态的一种治疗方法。其装置包括全人工心脏(TAH)和心室辅助(VAD)装置。随着科学技术的 不断进步，辅助装置逐渐向小型化、完全植入化发展，相应的也要求它的能源能量密度高、 体 积小，发热少、损耗小，并且可植入体内，能长期使用。由于能源的特殊要求，心脏辅助装 置的发展受到限制，而利用自体骨骼肌收缩产生的能量来驱动辅助循环，可以摆脱外部的能 源装置、支持它的电池组、经皮传递线圈、能量控制器等，是一种很有前景的辅助方法。目 前 ，骨骼肌刺激电极及能量转换器随着科学技术的发展，结构得以改进，效率得以提高，并且 随着外科技术的成熟用骨骼肌包裹心脏也已成为一种有效的方法。但是长期的电刺激使骨骼 肌细胞内外结构发生变化，影响了它的长期运动功能，骨骼肌的纤维化、收缩功能的变化也 阻碍了它的发展，这些是目前急需解决的问题。本文对骨骼肌能量三种利用方法(线性骨骼 肌能量转换系统、“插入型”骨骼肌激励器、动力性心肌成形术)的发展现状作一综述。 一、线性骨骼肌能量转换系统 1959年Kantrowitz［1］和他的助手们首次报道了在实验研究中使用骨骼肌作为辅助 循环的能源，以代替被损害的心肌，以后逐渐有人研究和改进。宾夕法尼亚州立大学的研究 者们研究表明骨骼肌经过长期电刺激，它的超微结构、新陈代谢、生理特性等都发生变化， 骨骼肌转变为一种耐疲劳的状态，并论证了使用狗的背阔肌(LDM)增加心脏功能的可行性 ［2］。 在对骨骼肌的起、止端的选择上及骨骼肌能量特性，研究者们也作了比较分析。Vinay B ［3］等人把狗的背阔肌的起、止端分别连接在同一能量转换装置上进行了实验研究 。当背阔肌起端在前负荷为23.4 N时，每千克肌肉大的能量输出约47.1 W；止端在前负 荷为26 N时，高的能量输出约59.9W。因此，研究者大都选用骨骼肌的止端连接能量转换 装置。目前全人工心脏系统需要的能量为12～15 W，一些可植入的心室辅助装置(VAD)据报 道小到4～8W［4］。如果按照所提供的数据，成年人的背阔肌重量约为220 g［ 5］，肌肉能量为60 W/kg时，通过线性能量转换系统则转换为12 W的能量。假定转换中 有50%的损失，使用单侧或双侧的背阔肌也能够驱动循助循环。这样用自体骨骼肌作为能源 ，可使我们摆脱外部的能源，避免了感染和排斥反应。 早期的报道都是使用线性的骨骼肌激励器，把背阔肌的一端和复杂的能量转换系统相连，用 体内电极刺激胸背神经使背阔肌收缩，带动能量转换系统，驱动辅助循环装置。随后转 换系统有了进一步的改善，效率也得到提高。如使用推杆式金属板泵的线性 转换系统［6］作为人工心脏的能源激励器。把背阔肌的止端与泵背部的摇臂相连， 通过凸轮、滚筒、曲柄等把肌内收缩的能量传递给金属板泵，整个系统可以完全植入。在前 负荷为10 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)后负荷为75 mmHg的模拟实验研究中，泵的输出 流量为 0.8～2.0 L/min，肌肉的输出能量为2.5～5 mW/g，当肌肉收缩长度为4 cm时激励器输出 约 为25 ml/每搏量，整个系统的效率约为50%。还有通过机械-液压能量转换器把背阔肌收缩的 能量提供给辅助循环装置［7，8］。Farrar和他的助手们把麻醉的山羊的背阔肌止端 连接在机械部分的活塞上，肌肉收缩带动液压活塞，改变液压激励器的压力。随着肌肉前 负 荷的增加，能量转换器输出功线性增加，此线性关系的斜率成为肌肉收缩特性指数，相当于 心 脏前负荷和每搏输出功的关系，研究表明肌肉缩短2.5 cm时，输出功为1 J，液压能量转换 器的压力约为760 kPa，并且可以通过改变液压能量转换器的活塞面积使LDM提供给辅助循环 的能量达到优化。
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机械辅助循环(二)
4临床应用临床上除了有一部分血泵用于人工心肺机之外,主要应用于心衰患者.需要机械辅助循环的心衰患者大约有90%是左心衰患者,只用左心辅助;只有20%～30%的患者由于应用左心辅助后,导致右室的收缩力降低,而且对药物的反应不良,导致右室失功,需要双心室辅助.对于一开始就为全心衰竭的患者,应采取全人工心脏支持较好[29].根据辅助时间长短,可应用于:
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人工心脏和心脏辅助装置
心脏功能衰竭直接威胁病人的生命.由于药物治疗局限和缺乏心脏移植供体,心脏辅助装置(VAD)和全人工心脏(TAH)的治疗价值日显.研制来源不受限制、可长期代替自然心泵而又无严重并发症的机械血泵将能彻底解决心功能衰竭的治疗问题.
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浅谈全人工心脏研究进展
全人工心脏(total artificial heart,TAH)是目前对于双心室衰竭的患者,所有其他治疗手段没有明显效果且无法及时获得供体器官或不适合接受器官移植时的后选择.经过50年的研究,目前已经投入临床应用的TAH有SynCardia Systems公司的CardioWest TAH、Abiomed公司的Abiocor TAH和Carmat公司的Carmat TAH. TAH的应用可导致严重的并发症.常见的并发症有感染、严重的术后出血以及血栓栓塞,其他有可能出现的并发症包括肝、肾、肺部以及神经系统功能不全.由于各种客观原因,包括心室辅助及TAH等在内的机械循环辅助装置在我国的研发和应用都受到限制,而在国外已成为常规的治疗选择.另外在临床应用方面,TAH多用于18岁以上的成年人,小儿TAH植入的应用尚有较长的路要走.
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心脏辅助装置的临床应用及装置特点的分析
首例心脏辅助装置的安装是由De Bakey等于1963进行的,他们在1例主动脉瓣置换术后不能脱离体外循环机的患者身上安装一个搏动的、气动型心室辅助装置.尽管该患者经过4 d的循环支持后死于肺部并发症,但该装置运转良好且成功地改善了循环和血流动力学指标[1].随后Cooley等[2]于1969年在德州心脏中心(THI)给一位47岁男性患者植入全人工心脏,并在64d后首次成功将其过渡到心脏移植.
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全人工心脏的分级控制系统
报告了采用的用于电动全人工心脏的分级控制系统的设计和实现,其中,上层控制系统实施生理功能的控制,通过植入对象的生理状况决定对象心输出量的需求,并且,可以在高层的功能控制间进行切换,以满足不同生理功能的控制需求;在中间层,控制系统通过解释器来传达对底层机电系统的运动需求;后,由底层系统来实现对机电系统的运行周期和位移的控制.
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电动全人工心脏原型样机的初步研制
研究了基于电能源的全人工心脏原型样机及其体外循环测试的情况.研制的该原型机采用直流无刷电机驱动推板结构往复水平运动,循环吸入和排出血液.
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轴流泵式全人工心脏的体外测试及对负荷反应特性
目的 在体外模拟循环台测试轴流泵式全人工心脏的基本负荷反应特性,为探索生理性控制方案提供基础.方法 轴流泵式全人工心脏样机采用2个轴流泵共同设置在刚性外壳中,直径65mm,长度70mm.于模拟循环台上串联组成全人工心脏的2个轴流泵,在外周动脉和肺动脉阻力不变的条件下观测前、后负荷变化对心输出量的影响.结果 在前负荷固定不变的条件下,增加后负荷时心输出量逐步下降,增大泵转速可对抗后负荷对输出量的抑制,泵转速设定为右心泵8500r/min、左心泵11 000r/min时,心输出压为13.30kPa(100mmHg)和输出量6L/min.当后负荷增人到26.70kPa(200mmHg)时心输出量下降为0L/min.在后负荷固定不变的条件下,前负荷的增加不导致心输出量明显改变.设定左心泵转速为11000dmin、右心泵转速8500 r/min时前负荷由0.27 kPa(2 mmHg)增加到1.87 kPa(14 mmHg),流量基本维持在7 L/min.结论 轴流泵式全人工心脏对后负倚增加表现出明屁的流量抑制趋势,此趋势可通过调节泵转速改善.轴流泵式全人工心脏对前负荷反应不明显,有别于自然心脏,其机制及调节意义尚待进一步研究.
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全人工心脏无线能量传输技术研究现状
总结了用于全人工心脏的无线能量传输系统的基本结构,对比分析了一些有代表性的系统的关键参数和性能,并对其发展趋势提出了展望.
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心室辅助装置及人工心脏的研究现状
近年来,虽然心脏外科发展迅速,心脏直视手术的数量越来越多,手术疗效越来越好,但是,仍有部分病人需要机械辅助循环装置进行心脏辅助,或是进行心脏移植(包括异体心脏移植和全人工心脏移植).随着新材料、新技术的发展,心室辅助装置(ventricular assist device,VAD)和全人工心脏(total artificial heart,TAH)无论作为治疗措施还是作为心脏移植的过渡支持都己取得了长足的进步,新的产品不断涌现,许多产品已商品化,性能良好,使用安全,使心力衰竭的病人症状得以明显改善,生活质量明显提高,许多病人应用心脏辅助后可以在等待供心期间回家享受正常的生活,甚至可以恢复工作.
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问题3：如何客观地认识 ECMO 的优势与劣势？
解答：ECMO 是一种无需剖胸、构造简单的闭合回路，兼具心脏和肺脏“血泵”和“氧合”的两种功能，并成功克服了体外溶血、凝血等难题，可连续工作数十天甚至上百天。 ECMO 似乎是一种近乎完美的发明，但事实并非如此。 ECMO 有两种工作模式（V－V ECMO、V－A ECOM），用 V－V ECMO 替代机械辅助通气（assisted mechanical ventilation，AMV）恐怕是目前 ECMO 为成功的应用，它可以有效减少过度通气对肺泡的机械损伤，但是大多数情况下 V－V ECMO 仍然需要与 AMV 联合使用，以防止肺不张及肺水肿的发生；用 V－A ECMO 替代全人工心脏（total artificial heart，TAH）的问题在于，V－A ECMO 事实上是一种肺循环的并联回路，其血流灌注可达到心输出量的75％，它在推动血流、提高氧合的同时减少了肺循环流量，并增加了心脏的后负荷，因而可导致高血压、心衰和肺循环血栓形成。有人将 ECMO 与主动脉内球囊反搏（intra－aortic balloon pump， IABP）联用，以减少心衰的发生；也有人尝试用 ECMO 替代 CPB 进行心肺手术，但是 CPB 是专为心肺手术设计的复杂设备，兼具心跳停搏、心肌保护、降温、排气、过滤、抗凝等诸多功能，这些是 ECMO 所不具备的。综上所述，ECMO 人工肺的功能优于人工心脏的功能，它虽然不是一种完善的生命支持系统，但是其应用和发展的潜力不可小觑。
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问题3：如何客观地认识 ECMO 的优势与劣势？
解答：ECMO 是一种无需剖胸构造简单的闭合回路，兼具心脏和肺脏“血泵”和“氧合”的两种功能，并成功克服了体外溶血、凝血等难题，可连续工作数十天甚至上百天。 ECMO 似乎是一种近乎完美的发明，但事实并非如此。 ECMO 有两种工作模式（V－V ECMO、V－A ECOM）。用 V－V ECMO 替代机械辅助通气（Assisted Mechanical Ventilation，AMV）恐怕是目前 ECMO 为成功的应用，它可以有效减少过度通气对肺泡的机械损伤，但是大多数情况下 V－V ECMO 仍然需要与 AMV 联合使用，以防止肺不张及肺水肿的发生；用 V－A ECMO 替代全人工心脏（Total Artificial Heart，TAH）的问题在于，V－A ECMO 事实上是一种肺循环的并联回路，其血流灌注可达到心输出量的75％。它在推动血流、提高氧合的同时减少了肺循环流量，并增加了心脏的后负荷，因而可导致高血压、心衰和肺循环血栓形成。也有人将 ECMO 与主动脉内球囊反搏（Intra－Aortic Balloon Pump， IABP）联用，以减少心衰的发生；也有人尝试用 ECMO 替代 CPB 进行心肺手术，但是 CPB 是专为心肺手术设计的复发设备，兼具心脏停跳、心肌保护、降温、排气、过滤、抗凝等诸多功能，这些是 ECMO 所不具备的。综上所述，ECMO 人工肺的功能优于人工心的功能，它虽然不是一种完善的生命支持系统，但是其应用和发展的潜力不可小觑。
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人工心脏的历史及研究进展
人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能.人工心脏可分为暂时性,即部分取代心脏的辅助性人工心脏(ventricular assist device,VAD);长期性,即取代整个心脏的全人工心脏(total artificial heart,TAH).笔者对VAD和TAH的历史和现状进行了研究.
