人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。可分为辅助人工心脏和完全人工心脏。人工心脏基本上是由血泵、驱动装置、监控系统及能源四个部分构成。

人工心脏是人工制作的心脏。基本上是由血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分构成。

中文名

人工心脏

构成

血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分

简要介绍

心脏病是人类死亡的第二大杀手。在人体心脏因病损而部分或完全丧失功能而不能维持全身正常循环时，可移植一种用人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能、推动血液循环，这种装置即人工心脏。

要想制成像自然心脏那样精确的组织结构、完全模拟其功能的人工心脏是极不容易的，需要医学、生物物理学、工程学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。

世界上虽已进行了几例完全人工心脏临床应用，但目前人工心脏仍处于动物试验为主的研究阶段。但已有的临床应用表明，完全人工心脏能代替自然心脏功能，用其较长维持循环是可行的，其前景是乐观的。

结构

人工心脏基本上是由血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分构成。

人工心脏血泵：血泵有多种形式，但从原理结构上大体可分膜式血泵、囊型血泵、管型血泵、螺形血泵等五种。目前制成血泵常用以下几种材料：硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、复合材料等。

人工心脏瓣膜：它是控制人工心脏血流的单向阀，人工心脏功能的好坏与瓣膜构造有密切关系。早期阶段用球瓣，现在常用的为碟瓣以及生物瓣。

人工心脏驱动系统：它是供给人工心脏血泵工作的动能。形式多样，大致可分为，机械、电动、磁力、气压、液压五种形式。

人工心脏监控系统：监控人工心脏工作状态，使之适应实验动物循环生理的需要，是保障人工心脏置入实验动物长期存活的重要条件。监控系统基本上从血泵机能，驱动装置各项指标及血液循环生理参数变化三个方面进行监控。

能源：人工心脏依靠外加能源工作以推动血液循环。既能满足功率要求，并使之微型化做到全置入体内，长期达数年使用的能源，目前尚未完全解决。

发展历程

从广义及泵功能的角度考虑，人工心脏研究可以回溯到体外循环的动脉泵开始，即1953年Gibbons将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出，犹如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957年美国KOlff和Akutsn将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时，以此为开端展开了世界性人工心脏研究。

1958年日本及前联邦德国均设立了专门研究中心。1964年KOlff利用人工心脏使小牛生存24小时。1966年DcBakey将人工心脏用于瓣膜置换病例，辅助数小时。1968年开始临床研究，1969年动物实验生存记录为40天。同年Cooley进行了第一个临床病例植入一时性完全人工心脏后因合并症死亡。

1970年Nose等的动物实验生存100天。1973年以后，动物实验成活率迅速上升：1976年Kolff试验牛成活89天、122天；1980年度美和彦试验山羊生存232天、242天、288天；1982年12月1日美国盐湖城犹他大学医学中心人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活卫112天。

随着对人体生理的认识以及能源与材料技术的发展，全人工心脏（TAH）和长时间心室辅助循环（VADS）得到进一步发展，具体表现在外置气动泵向超压缩电动泵发展，辅助循环向可携带全人工心脏发展，以及由永久性全人工心脏代替同种心脏移植，2001年7月美国已经成功用于人体，但仅刚开始。

2021年3月17日消息，国产人工心脏研发成功，商用落地时间暂不确切。[7]

2021年10月8日，全球首例、具有中国自主知识产权的“超小型磁悬浮离心式人工心脏植入术”在阜外华中心血管病医院成功实施，43岁的心力衰竭患者马先生重获“心”生，标志着中国急危重症心脏疾病的救治能力迈上新的历史高度。[10]

2021年11月，天津大学成功研制了可高速旋转和泵流的全柔性磁悬浮泵。离心泵是人工心脏、人工肺等医疗机械的核心部件，这种可穿戴、柔性、微型离心泵为需要高速旋转和液体输送的医疗器械开辟了“柔性发展”的可能，为后续人体穿戴和植入打下基础。[11]

2021年11月，由百洋医药集团投资版块投资孵化的研发型创新企业同心医疗宣布，旗下具有完全自主知识产权的新一代全磁悬浮式人工心脏CH-VAD正式获批上市。[12]

2022年6月30日消息，清华大学李永健副教授等联合阜外医院王欣主任团队开发了基于超声作用的人工心脏泵除栓新技术。该技术利用植入式超声装置，实现了对泵上血栓的快速有效清除。[14]

2022年7月22日，泰达造国产人工心脏“火箭心”上市发布活动在泰达国际心血管病医院举行。[16]

分类

人工心脏

人工心脏分为辅助人工心脏和完全人工心脏。辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助，以辅助时间的长短又分为一时性辅助（二周以内）及永久性辅助（二年）两种。完全人工心脏包括一时性完全人工心脏、以辅助等待心脏移植及永久性完全人工心脏。按应用分类可分为短期泵、间断性泵、长期泵和永久性泵。短期泵、间断性泵主要为左、右室辅助循环，用以短期辅助自身心脏恢复供血功能；长期泵和永久性泵主要指双室辅助循环、全人工心脏，用以终末期心脏疾病等待心脏移植或永久性全人工心脏移植。在实际运用中并没有形成绝对的选择标准，根据实际情况选用。按用途分类有左心室辅助循环、右心室辅助循环及双心室辅助循环和全人工心脏。左或右心室辅助应用的比较早，已经积累了许多临床经验，对其应用指征的选择和辅助循环中的管理已经有了较为详细的临床资料。但是实践中发现它有许多不足之处，尤其是左心辅助循环可以造成静脉淤血而导致多器官衰竭（MOF），双心室辅助循环可以改善这一缺憾，它为自身心脏功能恢复也提供了机会，并且可以延长辅助循环的时间。其优势甚至优于全人工心脏，遗憾的是还没有可植入性双心室辅助循环，离心血泵的出现有可能使之成为可能。全人工心脏对可置入性、持续能源、组织相溶性提出了很高的要求，它以完全替代心脏功能允许患者带泵恢复日常生活为最终目的。[1]

结构泵从血流效果上来看分为搏动性血流和非搏动性血流两种。理论上讲搏动性血流更适于人体生理特点，但是它必须有活瓣、弹性隔膜以及巨大的心室容量。而非搏动性人工心脏需要高效的能源与轴承密封或电磁轴承以减少血栓形成，维持正常器官功能，它需要更高的血管内压，并能造成器官血流和生化特点的变化，从全人工心脏的永久性应用来看进一步发展非搏动性泵更有利于人工心脏解决血栓和全置入人体的问题。从泵血的方式来看，传统的气动泵正由可携带性、可置入性、可压缩性好的电动泵代替。能源从应用的功能设置来看可分为外置型与内置型和固定型与可移动型，从实用性来看显然可移动内置电源最为理想。想实现这一目标只有在能源技术上进一步研究。主要有三个研究方向：高能电池、高效储电瓶、经皮充电。高能电池最有代表性的设想应属核能电池，但与实际应用还有较大的距离；高效储电瓶的代表产品为锂电的应用，已有多个实验室运用成功的经验；经皮充电是研究最热的技术，也是最有希望的技术之一。材料

人工心脏

高分子材料一直是人工循环的主要应用材料。针对人工心脏的特点聚酯类有较好的应用前途，例如研究较多的聚乌拉坦就具有耐用、弹性好、抗老化、顺应性好、组织相溶性好的特点。除此之外还有人将其分子辅基改变、合成进硅和维生素E等进一步改善其特性以更有利于人工器官的应用，今后还有可能利用人工材料的特点体外塑形以微创手术将人工心脏置入人体，或者将人工材料做成人体可降解材料，使其在一定时期后功能完成后自然降解，以免除二次手术。另外，人工合金对人工心脏也做出了较大的贡献，如镍－钛合金曾经作为人工心脏瓣膜、心室，其坚固性、轻质、表面光滑性非常适于人工心脏。镍－钛－锆合金其优越性更为突出。

应用和管理

1、应用选择及治疗学基础。短期心室支持主要用于辅助心脏渡过其急性期病变的可逆性心脏疾病称为Bridge－to－Recovery和部分短期内可以等到供心的心脏移植患者。前者见于急性心肌炎、心室部分切除、骨髂肌心肌成形、心脏人工瓣膜置换术后等，例如TheLD－PACEⅡ。辅助循环可逆性心脏病的机制有许多研究对免疫学、病理学、分子生物学得以深入研究，为其进一步应用提供了依据。人工心脏长期应用主要用于等待同种心脏移植或永久携带全人工心脏患者，见于终末期心脏病患者，可称为Bridge－to－Transplantation。2、人工心脏的管理。人工心脏的管理包括人工心脏的机械管理和人工心脏携带者并发症的管理。前者的突破在于人工心脏与电脑程序化控制结合和机械工艺的改进。携带者的管理主要针对其并发症出血、栓塞、感染、右心功能衰竭，输血相关性移植物抗宿主病以上并发症仍然是人工心脏应用的主要瓶颈。发展方向随着人工心脏向小型化、耐用性强及低阻力的发展有可能将来像人工心脏起搏器一样得以广泛应用。人工心脏的发展需要进一步解决四个问题：1、小型而具有高射血效能；2、安全可靠的控制系统和能源供应模型；3、经久耐用的带瓣血室；4、大量的研究经费。[2]人工心脏的可调节性是其又一突出进展。将人工心脏与集成电路芯片结合起来根据自体适时需要控制人工心脏的做功。如LD－PACEⅡ左室辅助循环可以根据病人的心电图按1：1到1：8调节心脏做功。预计将来可以结合生物传感器根据更多血流动力学指征进行自身调节。相关研究2012年10月19日，世界上第一个没有心脏、仅靠“人工心脏”生活的37岁捷克男子雅各布•哈力克(Jakub Halik)去世。他靠人工心脏活了6个月，最终因肝肾功能衰竭去世。[3]2013年5月14日，据《人民日报》报道，天津泰达国际心血管病医院（简称泰心医院）试验羊“天久”安装了由中国运载火箭技术研究院第十八研究所和泰心医院合作成功研制的我国首个可植入第三代心室辅助装置——磁液双悬浮血泵。截至5月13日，“天久”已健康存活61天，创下了国内植入第三代心室辅助装置最长存活纪录，同时在国内首次实现携带电池与控制器自由活动，达到了血泵临床植入的模拟状态，标志我国第三代心室辅助装置研制获得了重大突破。[4]2013年12月20日，一位75岁的男子在巴黎蓬皮杜欧洲医院(HEGP)被成功移植入一颗永久性的人工心脏。参与手术的是一个由16名医护人员组成的团队。目前病人还不能够走路，但是医护人员将试着让他坐起来，然后很快的站立起来。之后，法国总统奥朗德向医疗团队发去了贺信，表示法国可以为这一有助于人类进步的不同寻常的行动感到骄傲。[5]

临床应用

2021年1月5日下午，在四川省人民医院心脏外科中心，国内首例商用人工心脏植入患者顺利康复出院。[6]

2021年4月28日，在浙江大学医学院附属第二医院，浙江省首例人工心脏植入患者出院，这也是人工心脏上市后华东地区首例。[8]

2022年6月22日，新疆自主完成的首例第三代磁悬浮“人工心脏”植入手术的患者出院。[13]

世界首例

罗伯特·图尔斯，全球第一位全内置式人工心脏移植患者，在移植手术后近5个月于2001年11月30日（美国当地时间）在美国肯塔基州路易斯维尔大学附属的犹太医院去世，享年59岁。

在心脏移植手术之前，图尔斯先生已是心脏病晚期，几乎卧床不起。病后的他与病前相比整整瘦掉了50磅，骨瘦如柴，甚至连抬头的气力也没有。严重的心脏病留下的广泛性疤痕组织使得他的两个心室几近瘫痪，肺部也充满了积水。根据医学上的一个统计公式，像图尔斯这种状况，死于30天之内的概率为80%。

图尔斯8年前做过冠状动脉搭桥手术，还患有严重的肾衰竭、糖尿病以及其他病症，今年7月2日，位于肯塔基州的犹太医院在图尔斯被另一家医疗中心拒绝的情况下对患者实施了心脏移植手术。手术历时七个多小时，进行得很成功，图尔斯由此成为移植“阿比奥科”全内置式人工心脏并存活的世界第一人。3日，患者苏醒过来，反应良好，开始“舒服地休息”。医生们在安装人造心脏后，本来只敢期望延长患者生命30天，没想到图尔斯术后康复状况远远超过他们的预期。他不仅增加了体重，而且肌肉也比术前更结实了。

人工心脏的研究从一开始便面临着许多挑战，尽管目前还不能完全模拟自然心脏的作用和功能，但不同领域的研究人员都在从各自的领域推动着人工心脏的发展。随着人工心脏的机械性能、血流动力学性能、能源、抗血栓性以及测控方法等问题的改进与完善，人工心脏的仿生技术也将进一步得到发展。

中国首例

2019年8月26日，“重庆造”植入式左心室辅助系统EVAHEARTI（以下简称“永仁心”人工心脏）已获国家药监局批复上市。这是中国第一个正式上市的植入式心室辅助产品，将有效填补国内产业空白，推动中国高端医疗器械领域的进步。

“永仁心”人工心脏采用离心泵结构的植入式左心室辅助系统，由体内组件和体外组件构成，通过搭建起心脏左心室到主动脉的旁路，对患者的心脏泵功能起部分替代或辅助作用。

2021年8月，我的“中国心”首例国产人工心脏植入术患者康复出院。[9]

2022年7月4日消息，被心脏病折磨了7年的李华（化名）带着一颗稳健泵血的“人工心脏”平安出院。[15]