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幫助傷心者:可穿戴,生物合成以及 “不可戰勝的”人造心臟

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-09-23瀏覽次數:1553

被遺棄的戀人可能會說令人心碎的不可救藥。但對于心臟病患者而言,幫助已經在路上,未來,創新技術將使數百萬心力衰竭患者受益。

心臟有四個腔室,可以將血液泵入全身:每側有一個心房和一個心室。在肺部充滿氧氣后,將其送到左心房并通過左心室,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。

大多數心臟移植患者由于心臟的一側或兩側功能障礙而多次住院并伴有嚴重的心力衰竭。通常由心肌或瓣膜損傷,冠心病,遺傳因素或病毒感染引起。

在美國,每年只有2,000到2,500名心臟捐獻者,這意味著成千上萬的重病患者如果可以活得那么長,就必須等待數月甚至數年才能進行移植手術。 SynCardia在19世紀80年代繼承了著名的Javik設備公司的人造心臟技術。它是迄今為止最常用的人工心臟,自批準以來已有超過1,350次成功移植。它適用于雙心室晚期心力衰竭患者,直到人類心臟可移植為止。

盡管如此,直到最近,許多使用SynCardia設備的人都住院了,因為心臟的電機和電子設備被放置在體外的大而重的驅動單元中。驅動器通過兩個管連接到人造心臟,并且通過填充裝置的人造心室的“氣球”產生人造心跳。將血液以2.5加侖/分鐘的速度推入循環系統。該系統簡化了人造心臟的運動部件,故障率小于百分之一。

然而,患者在醫院病房的睡眠對生活質量有負面影響。經過四年的測試,2014年7月,美國食品和藥物管理局批準了一款免費的便攜式驅動設備。自2010年以來,該設備已在歐洲使用,原來的洗碗機大小的醫院驅動器已被一個重量僅為13.5磅的小型設備所取代。它可以放在背包里,也可以用輪式推車推或走。由鋰離子電池供電,可以插入標準的墻上插座進行充電,患者可以在等待移植時回家并過上正常的生活。

有多少設備可以幫助人工心臟手術?以Randy Shepherd為例:當他十幾歲時,他的心臟被風濕熱損壞了。 2013年6月,Shepherd接受了SynCardia的心臟。不到一年之后,Shepherd在亞利桑那州鳳凰城附近的一場比賽中使用他的免費設備完成了4.2公里的步行。

“我不需要更多的鼓舞人心,向人們展示生活的可能性很重要,”他在社交網站reddit上發布活動后不久寫道。牧羊人,被稱為“錫人”,于2014年10月接受了心臟移植捐贈,當時他與人造心臟一起生活了15個月。他推測,擁有一個享受運動的免費設備可能會增加他成功康復的機會。

部分機器,牛的一部分

對于大多數患者而言,更具挑戰性的目標是設計一種持久的解決方案。

在法國,研究人員混合了人工和生物成分。 CARMAT人造心臟由兩個由隔膜隔開的心室組成。帶有發動機和液體的泵系統放在一側,將隔膜從另一側移動到循環系統中。傳感器和微電子控制器監測壓力并校準流量以匹配患者活動例如,使心率適應運動。

定向泵系統的膜表面由聚氨酯制成,而與人體血液接觸的膜的另一側由牛心臟的組織構成。心臟假體瓣膜也是由牛組織制成的,設計者希望這些化學消毒的生物材料能夠緩解過去的問題。例如,身體和合成材料之間的不相容性會破壞紅細胞或引起凝血。

第一名CARMAT心臟受者,一名患有絕癥的76歲男性,于2013年12月接受移植,并于次年3月去世。 1月19日,第二名患者離開南特大學醫院,使用便攜式外接電池供電。作為臨床試驗的一部分,這名男子去年夏天收到了他的心臟。

“我們最大的回報是患者的快樂,不僅是他的身體活力,還有他過去幾個月與家人和朋友住在家里的能力,”CARMAT首席執行官Marcelo Kenvetti在一份新聞聲明中說。

沒有心跳的生活

除了生物排斥的風險之外,設計師面臨的一個大問題是它們可以與大自然母親設計的令人難以置信的耐久性相匹配。健康的人類心臟每年擊敗大約3500萬次,工程師發現很難適應這種工作負荷,無論他們使用什么設備。

德克薩斯心臟病學研究所的研究人員最終通過創造一個完全沒有跳動的心臟來解決這個問題,取而代之的是持續流動的血液。如果僅心臟的一側不能正常工作,則可以進行流動促進的心臟移植。左心室輔助裝置(LVAD)是一種連續流動移植,它使用旋轉泵輪幫助病態心臟泵血至全身以接管大部分甚至整個心臟。目前有超過2,000人擁有渦輪增壓心臟助手。

研究人員設計了一種只有一個運動部件的裝置:一個轉子,兩個葉片在一個小鈦腔內旋轉。一片小葉子將血液壓縮到右心室并到達肺部,而較大的一片葉子讓血液流出左心室進入循環系統。轉子懸浮在磁場中,通過消除摩擦進一步減少損失。磁懸浮技術控制葉片的旋轉以匹配用戶的活動量。

BiVACOR心臟是少數可以移植到兒童身體的選擇之一。螺旋槳取代了天然泵,但潛在的缺點是血液會產生少量泡沫,導致內部出血,中風或其他并發癥。但至少有一次在早期有一個成功的例子。

2011年3月,早期版本的BiVACOR在德克薩斯心臟研究所植入了一名患絕癥的病人克雷格劉易斯。六周后,他不幸死于與心臟病有關的肝腎功能衰竭。如果他胸部螺旋槳的噪音很軟,也許他可以活得更久。

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