張靜華

84歲的王大爺精神矍鑠，除了大風天或下雨天，總能看到他在小區(qū)里遛狗或散步，有時候他還會和孫子一起打乒乓球。王大爺說，他年過八旬依然行動自如、心情愉快，多虧了心臟里的兩個“保鏢”。 8年前，王大爺被確診為冠心病，植入了心臟支架；兩年前，又由于竇房結(jié)功能障礙，植入了心臟起搏器，這兩個醫(yī)療器械就是守護王大爺?shù)男呐K“保鏢”。

心臟是人體循環(huán)系統(tǒng)的重要器官，相當于人體的發(fā)動機，它通過有節(jié)律的收縮和舒張維持有效的血液循環(huán)，向各個臟器供血，保證機體的正常運轉(zhuǎn)。心臟位于胸腔內(nèi)，外觀呈橢圓形，約拳頭大小，由纖維性支架、心壁、血管、神經(jīng)、心間隔、瓣膜、傳導系統(tǒng)構(gòu)成。心臟內(nèi)部被分隔成4個心腔，即左心房、右心房、左心室、右心室。

如果把心臟比作一棟房子，4個心腔就是房子內(nèi)部的房間，分別容納回心的動脈血和靜脈血；心腔有節(jié)律的收縮則可以把回心的循環(huán)血“打”出去。心壁、心間隔是房間的墻壁，心臟瓣膜則是墻壁上的4扇門，其有節(jié)律的“開和關”使循環(huán)血規(guī)律地單向流動。心臟的傳導系統(tǒng)是房子里的電路，負責把竇房結(jié)的電信號擴布至所有心肌，進而啟動心臟的機械收縮。心臟的冠狀血管相當于房子里的水管，主要作用是為心肌供血、供氧。在這棟房子里，任何系統(tǒng)出現(xiàn)故障都會影響心臟的正常功能，嚴重時甚至會造成患者死亡。

隨著現(xiàn)代醫(yī)學技術的不斷進步，針對不同的心臟疾病，科研人員開發(fā)了各種守護心臟的新技術，它們就像保鏢一樣守護著我們的心臟。功能各異的心臟“保鏢”不僅日益增多，它們的本領也越來越強。

電路“保鏢”—心臟起搏器

心臟起搏器是心臟這棟房子的電路“保鏢”，當發(fā)生竇房結(jié)功能障礙或房室阻滯、室內(nèi)阻滯等心臟“電路故障”引起的心動過緩（出現(xiàn)頭暈、心悸、乏力、黑矇、暈厥等癥狀）且藥物治療無效時，心臟起搏器便會肩負起重啟“電路”的重任。

1958年，埋藏式心臟起搏器首先應用于臨床，它由脈沖發(fā)生器和起搏電極導線兩部分構(gòu)成。由電池和電路組成的脈沖發(fā)生器呈扁圓形，體積小巧，像一塊扁平的懷表，重量約20克。外科醫(yī)生會將脈沖發(fā)生器埋藏在患者鎖骨下方的皮膚下，并使電極導線通過鎖骨下靜脈或者腋靜脈進入心室和心房。當心臟出現(xiàn)自律性下降或傳導異常時，脈沖發(fā)生器會有規(guī)律地發(fā)射脈沖電流，并通過起搏電極導線傳輸?shù)叫姆考』蛐氖壹?，使局部的心肌細胞受到刺激而“興奮”，這種“興奮”會通過細胞間的傳導擴散，引起整個心房和心室“興奮”并產(chǎn)生機械收縮。

近年來，只有藥物膠囊大小的無導線起搏器問世，醫(yī)生可以將它直接植入到心臟內(nèi)，使患者體表沒有皮膚隆起和疤痕，也避免了起搏器囊袋破潰導致感染以及電極導線磨損和斷裂的風險。

現(xiàn)在廣泛使用的心臟起搏器除了可根治緩慢心律失常外，還可以治療快速室性心律失常及心力衰竭等心臟疾病，具備這兩種功能的起搏器分別被稱為埋藏式心臟復律除顫器（ICD）和心臟再同步化治療（CRT）起搏器。

ICD的外觀和植入方式與普通的心臟起搏器類似，但其導線是一種帶有除顫線圈的特殊電極導線。ICD與普通起搏器最大的區(qū)別是它具有抗心動過速功能以及轉(zhuǎn)復和除顫功能。當心臟病患者出現(xiàn)心動過速、室顫等癥狀且有猝死風險時，可以植入ICD。一旦患者再次出現(xiàn)癥狀，ICD可以及時識別并通過放電終止這類惡性心律失常，挽救患者的生命。

CRT起搏器一般為三腔起搏器，主要用來治療嚴重的心力衰竭。許多心臟疾病及其他系統(tǒng)性疾病都可能引起心力衰竭，嚴重的心力衰竭往往會導致左右心室收縮不同步。三腔起搏器是將電極分別植入到右心房和左右心室內(nèi)，可按程序向左右心室發(fā)送電脈沖信號，使左右心室同時被“激動”（指具有興奮性的心肌細胞受到電刺激后產(chǎn)生電活動），恢復左右心室的同步收縮，增加射血量，從而達到治療心力衰竭的目的。

水管“保鏢”—心臟支架

當心臟這棟房子里的水管系統(tǒng)—冠狀動脈出現(xiàn)粥樣硬化導致管腔狹窄或阻塞時，會使血流速度下降，從而造成心肌缺血、缺氧或壞死，而因此引發(fā)的心臟病被稱為冠心病。一旦冠狀動脈出現(xiàn)問題，水管“保鏢”—心臟支架就要大顯身手了。

心臟支架又稱冠狀動脈支架，是心臟介入手術中常用的醫(yī)療器械，具有疏通動脈血管的功能。心臟支架主要由不銹鋼、鎳鈦合金或鈷鉻合金制成。當冠心病患者的冠狀動脈重度狹窄或者閉塞時，醫(yī)生會穿刺患者的股動脈（腹股溝處）或者橈動脈（手腕內(nèi)側(cè)），通過特殊的傳輸系統(tǒng)將心臟支架送至出現(xiàn)問題的冠狀動脈，撐起狹窄或閉塞部位，從而修復冠狀動脈的血供功能，拯救缺血心肌，維持心臟的正常運轉(zhuǎn)。

植入心臟支架后，患者還面臨由支架導致的血管再次變得狹窄或形成血栓的風險。為了減少這類風險，心臟支架經(jīng)歷了從裸金屬支架、藥物涂層支架（金屬材質(zhì)）到生物可吸收支架的研制歷程。目前，國內(nèi)外的科研人員仍致力于研發(fā)各種新型生物可吸收支架。生物可吸收支架所使用的可降解材料包括可降解聚合物、可降解金屬。這種心臟支架到達患處后會逐漸溶解在血管內(nèi)，最終被人體吸收。生物可吸收支架既具有傳統(tǒng)心臟支架的支撐作用，又避免了其他金屬材質(zhì)支架容易形成血栓、阻礙血運重建、影響多層CT造影檢查等的缺點。

心門“保鏢”—人工心臟瓣膜

當心臟瓣膜病變使心臟這棟房子的門無法正常開關且瓣膜分離手術也無能為力時，人工心臟瓣膜便派上了用場。人工心臟瓣膜的試制開始于20世紀40年代后期，于1960年首次應用于臨床。現(xiàn)在，植入人工心臟瓣膜的方式更加多樣，除了可以采用外科開胸手術外，還可以選擇微創(chuàng)介入治療。

人工心臟瓣膜主要分為生物瓣膜與機械瓣膜兩大類。

生物瓣膜一般由生物薄膜、人或動物的瓣膜制成并鑲在特制的瓣架上。其結(jié)構(gòu)和功能與心臟的“原裝門”很接近：瓣口中心無任何活動體阻擋，血流最接近生理流型；與血液的組織相容性良好，不會破壞血液中的有形成分；與血液的接觸面不易形成血栓，與瓣膜相關的并發(fā)癥（如血栓形成、血栓栓塞）的發(fā)生率也較低。生物瓣膜的瓣口面積相對較小，使用壽命較短，一般術后10～15年，生物瓣膜開始出現(xiàn)退行性變，影響瓣膜功能，常常需要再次置換瓣膜。

機械瓣膜是按機械原理設計、加工成的具有單向閥血流功能，可替代原有人體心臟瓣膜功能的器件。鈦合金和熱解碳是制作機械瓣膜的主要材料，可以說，它是替換“原裝門”的合金門。制作機械瓣膜的材料可分為三類：用于制作支架的堅硬材料、用于制作阻塞體的彈性材料以及用于制作瓣環(huán)的織品類材料。機械瓣膜瓣口面積較大，耐磨性強，使用壽命長。不過，由于機械瓣膜是人造材料制成的，對于身體來說它是一種異物。因此，機械瓣膜會刺激血液外源性凝血反應，容易形成血栓及血栓栓塞，植入機械瓣膜的患者需要終身采取抗凝治療。

生物瓣膜和機械瓣膜各有優(yōu)缺點，患者選用哪種瓣膜還需根據(jù)自身年齡、病情及經(jīng)濟情況等進行多方面考慮?，F(xiàn)在，關于人工心臟瓣膜的研究都以提高耐久性、減少合并癥和改善瓣膜機能為目標。

墻壁“保鏢”—心臟封堵器

一些常見的先天性心臟?。ㄈ绶块g隔缺損、室間隔缺損）帶來的問題，相當于心臟這棟房子的墻壁出現(xiàn)破損。治療這類疾病的傳統(tǒng)方法是外科開胸手術，手術時，需要建立體外循環(huán)，切開心臟，根據(jù)缺損大小選擇直接縫合或選用補片材料修復。由于手術創(chuàng)傷大，術后可能會導致傳導阻滯等并發(fā)癥，并且會在體表留下永久性瘢痕，可能會影響患者的職業(yè)選擇和心理健康。隨著介入心臟病學的發(fā)展，現(xiàn)在已有部分患者可以接受微創(chuàng)介入治療，心臟封堵器就是治療該類疾病的微創(chuàng)介入“殺手锏”，因此，它也成了心臟這棟房子的墻壁“保鏢”。

傳統(tǒng)的心臟封堵器是由超彈性鎳鈦合金絲編織而成，由支架和封堵隔膜材料兩部分組成。手術時，醫(yī)生通過外周血管將其釋放于心臟缺損部位后，隔膜材料會自行膨脹成雙傘結(jié)構(gòu)，起到阻擋血液和供組織攀附生長的作用。

心臟封堵器應用于臨床已經(jīng)超過20年，這種醫(yī)療器械也經(jīng)歷了由金屬材料逐步向可降解材料發(fā)展的歷程。與傳統(tǒng)封堵器相比，完全可降解封堵器被植入人體后可逐漸被自身組織替代，在治療缺損的同時，實現(xiàn)了體內(nèi)無異物殘留，杜絕了遠期并發(fā)癥。另外，隨著人口老齡化，房顫的發(fā)生率與日俱增。近10年來，國內(nèi)外針對房顫患者研發(fā)的左心耳封堵器，可以通過封堵左心耳預防房顫時左心耳內(nèi)血栓脫落，從而降低房顫患者由血栓栓塞引發(fā)長期致殘或死亡的風險。

重建房子—人工心臟

當心臟因重癥而喪失功能且不可修復時，僅僅依靠各種心臟“保鏢”已經(jīng)無法守護心臟健康。心臟移植是較成熟的對抗心臟重癥的治療方案。目前，同種移植（即人到人）仍是心臟移植的首選，但心臟移植面臨供體不足、邊緣供心（不適合于作為常規(guī)標準供心的心臟）、供心保存、排斥反應和術后并發(fā)癥等諸多挑戰(zhàn)。為了應對心臟移植帶來的挑戰(zhàn)，醫(yī)學領域的研究者開辟了另一條對抗心臟重癥的道路—設計制造人工心臟。

人工心臟是一種人造精密儀器，它能夠在生理學上代替心臟泵血功能，維持血液循環(huán)，是有效的心臟移植術替代方案。典型的人工心臟系統(tǒng)由血泵、驅(qū)動裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、能源4個部分構(gòu)成，其中血泵是整個系統(tǒng)中最關鍵的部件。根據(jù)血泵原理不同，血泵又從第一代搏動泵發(fā)展至第二代軸流泵以及第三代離心泵。現(xiàn)在，臨床上應用的離心泵轉(zhuǎn)速較低，效率高，耐久性好，對血液成分破壞較少。

自2013年世界首例人工心臟移植手術在法國順利完成以來，人工心臟技術一直在迭代更新。根據(jù)部分或全部替代自然心臟的功能，人工心臟可分為全人工心臟和心室輔助裝置兩類。目前，我國醫(yī)學界使用的人工心臟產(chǎn)品主要是左心室輔助裝置，該裝置可達到的效果與心臟移植較為接近。按照人工心臟主體所在位置，人工心臟又分為植入式和體外式兩種：植入式主要針對終末期慢性心衰患者，用于長期的心臟功能替代或支持；體外式主要針對各種原因?qū)е碌膰乐丶毙孕乃セ颊?、心源性休克患者的中短期心臟功能支持。

隨著科技的進步，與人工心臟相關的技術未來仍有巨大的發(fā)展空間，如無線充電技術、模擬生理狀態(tài)的脈動性血流裝置、介入型血泵的研發(fā)以及由生物材料制成的與人類心臟最相近的人工心臟。

隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學工程技術的不斷發(fā)展，在各類先進的心臟“保鏢”的保護下，這棟關乎生命安全的“房子”會越來越堅固，或許在未來的某一天，“我心永恒”的夢想也將照進現(xiàn)實。

【責任編輯】張小萌

新型人工心臟技術

無線充電技術是在患者皮下植入線圈，將充電器放置在患者的胸部或腹部，通過無線傳輸能量給人工心臟充電，可消除有線充電的外接導線引起感染的風險。

模擬生理狀態(tài)的脈動性血流裝置可增加血管彈性，提高血液循環(huán)水平，提升心臟康復成功率，并降低心衰、腦中風等危急重癥和并發(fā)癥的發(fā)生率。

介入型血泵是將小型血泵經(jīng)皮下介入方式置入心室，從而增加血液流量，增強血液灌注，減少心肌氧耗，讓急性心衰患者快速建立血液循環(huán)，贏得寶貴的搶救時間。