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帮助伤心者:可穿戴,生物合成以及 “不可战胜的”人造心脏

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-09-23浏览次数:1553

被遗弃的恋人可能会说令人心碎的不可救药。但对于心脏病患者而言,帮助已经在路上,未来,创新技术将使数百万心力衰竭患者受益。

心脏有四个腔室,可以将血液泵入全身:每侧有一个心房和一个心室。在肺部充满氧气后,将其送到左心房并通过左心室,然后泵送到全身。缺氧血液返回右心房,然后流入右心室并泵回肺部。

大多数心脏移植患者由于心脏的一侧或两侧功能障碍而多次住院并伴有严重的心力衰竭。通常由心肌或瓣膜损伤,冠心病,遗传因素或病毒感染引起。

在美国,每年只有2,000到2,500名心脏捐献者,这意味着成千上万的重病患者如果可以活得那么长,就必须等待数月甚至数年才能进行移植手术。 SynCardia在19世纪80年代继承了着名的Javik设备公司的人造心脏技术。它是迄今为止最常用的人工心脏,自批准以来已有超过1,350次成功移植。它适用于双心室晚期心力衰竭患者,直到人类心脏可移植为止。

尽管如此,直到最近,许多使用SynCardia设备的人都住院了,因为心脏的电机和电子设备被放置在体外的大而重的驱动单元中。驱动器通过两个管连接到人造心脏,并且通过填充装置的人造心室的“气球”产生人造心跳。将血液以2.5加仑/分钟的速度推入循环系统。该系统简化了人造心脏的运动部件,故障率小于百分之一。

然而,患者在医院病房的睡眠对生活质量有负面影响。经过四年的测试,2014年7月,美国食品和药物管理局批准了一款免费的便携式驱动设备。自2010年以来,该设备已在欧洲使用,原来的洗碗机大小的医院驱动器已被一个重量仅为13.5磅的小型设备所取代。它可以放在背包里,也可以用轮式推车推或走。由锂离子电池供电,可以插入标准的墙上插座进行充电,患者可以在等待移植时回家并过上正常的生活。

有多少设备可以帮助人工心脏手术?以Randy Shepherd为例:当他十几岁时,他的心脏被风湿热损坏了。 2013年6月,Shepherd接受了SynCardia的心脏。不到一年之后,Shepherd在亚利桑那州凤凰城附近的一场比赛中使用他的免费设备完成了4.2公里的步行。

“我不需要更多的鼓舞人心,向人们展示生活的可能性很重要,”他在社交网站reddit上发布活动后不久写道。牧羊人,被称为“锡人”,于2014年10月接受了心脏移植捐赠,当时他与人造心脏一起生活了15个月。他推测,拥有一个享受运动的免费设备可能会增加他成功康复的机会。

部分机器,牛的一部分

对于大多数患者而言,更具挑战性的目标是设计一种持久的解决方案。

在法国,研究人员混合了人工和生物成分。 CARMAT人造心脏由两个由隔膜隔开的心室组成。带有发动机和液体的泵系统放在一侧,将隔膜从另一侧移动到循环系统中。传感器和微电子控制器监测压力并校准流量以匹配患者活动例如,使心率适应运动。

定向泵系统的膜表面由聚氨酯制成,而与人体血液接触的膜的另一侧由牛心脏的组织构成。心脏假体瓣膜也是由牛组织制成的,设计者希望这些化学消毒的生物材料能够缓解过去的问题。例如,身体和合成材料之间的不相容性会破坏红细胞或引起凝血。

第一名CARMAT心脏受者,一名患有绝症的76岁男性,于2013年12月接受移植,并于次年3月去世。 1月19日,第二名患者离开南特大学医院,使用便携式外接电池供电。作为临床试验的一部分,这名男子去年夏天收到了他的心脏。

“我们最大的回报是患者的快乐,不仅是他的身体活力,还有他过去几个月与家人和朋友住在家里的能力,”CARMAT首席执行官Marcelo Kenvetti在一份新闻声明中说。

没有心跳的生活

除了生物排斥的风险之外,设计师面临的一个大问题是它们可以与大自然母亲设计的令人难以置信的耐久性相匹配。健康的人类心脏每年击败大约3500万次,工程师发现很难适应这种工作负荷,无论他们使用什么设备。

德克萨斯心脏病学研究所的研究人员最终通过创造一个完全没有跳动的心脏来解决这个问题,取而代之的是持续流动的血液。如果仅心脏的一侧不能正常工作,则可以进行流动促进的心脏移植。左心室辅助装置(LVAD)是一种连续流动移植,它使用旋转泵轮帮助病态心脏泵血至全身以接管大部分甚至整个心脏。目前有超过2,000人拥有涡轮增压心脏助手。

研究人员设计了一种只有一个运动部件的装置:一个转子,两个叶片在一个小钛腔内旋转。一片小叶子将血液压缩到右心室并到达肺部,而较大的一片叶子让血液流出左心室进入循环系统。转子悬浮在磁场中,通过消除摩擦进一步减少损失。磁悬浮技术控制叶片的旋转以匹配用户的活动量。

BiVACOR心脏是少数可以移植到儿童身体的选择之一。螺旋桨取代了天然泵,但潜在的缺点是血液会产生少量泡沫,导致内部出血,中风或其他并发症。但至少有一次在早期有一个成功的例子。

2011年3月,早期版本的BiVACOR在德克萨斯心脏研究所植入了一名患绝症的病人克雷格刘易斯。六周后,他不幸死于与心脏病有关的肝肾功能衰竭。如果他胸部螺旋桨的噪音很软,也许他可以活得更久。