使用人工心脏代替自然心脏是医学界多年追求的目标。根据世界卫生组织2008年的统计资料显示,心血管疾病已经成为非传染性疾病死亡的首要死亡原因。目前,对于心衰的治疗,一般采取以下几种方式:药物治疗、外科手术、机械辅助循环及心脏移植。药物治疗可以减轻患者心脏做功,增强心肌收缩力,从而改善患者症状。然而,尽管药物治疗可以改善患者的生活质量,但其死亡率并没有显著降低。外科治疗(例如瓣膜置换或修复等)可以改善瓣膜的情况,但是在大多数病例中,它并不能阻止患者病情的发展。心脏移植由于受供心影响,得不到广泛应用。当以上治疗无效时,机械辅助循环(MCS)治疗(例如植入心室辅助装置或全人工心脏植入)成为唯一可供选择的治疗手段。
机械辅助循环(MCS)治疗包括IABP(主动脉内球囊反搏),心室辅助装置(VAD),心肺支持(CPS),体外膜肺支持治疗(ECMO),全人工心脏(TAH)等,MCS可以部分或全部替代心脏功能。2013年美国心脏病学会基金会(ACCF)/美国心脏学会(AHA)关于心力衰竭管理指南中将机械辅助循环列为可选择的治疗方案。
在机械辅助循环(MCS)分类中,其中全人工心脏较为特殊,因其可以全部替代心脏功能,类似心脏移植,也是未来最有可能取代心脏移植术而应用的辅助装置。以下就全人工心脏的历史及现状作简要回顾与评述。
全人工心脏的发展史
美国是进行人工心脏研制较早的国家,在人工心脏研制及临床应用方面做了大量的工作。1960年,美国心脏外科先驱、休斯敦Baylor医学院的DeBakey医生及其研究者们开始研发全人工心脏。1964年,美国国立卫生研究院(NIH)成立了人工心脏项目,旨在开发心室辅助装置及全人工心脏。
Liotta-Cooley全人工心脏
世界上第一例人工心脏植入手术是在1969年,由美国医生Cooley完成的。他将Liotta-Cooley全人工心脏(图1)植入到一个行室壁瘤切除后不能脱离体外循环的患者体内。Liotta-Cooley全人工心脏辅助了64小时,成功地进行了心脏移植。患者在移植的32小时后死于假单胞菌性肺炎。Liotta-Cooley全人工心脏是一个气动,双心室辅助的泵。该TAH再没有应用于临床。
Akutsu-Ⅲ全人工心脏
第二例全人工心脏植入病例也是由美国医生Cooley完成的。1981年,Cooley将Akutsu-Ⅲ全人工心脏植入到一例行冠状动脉旁路移植术的患者体内。患者55小时后顺利地进行了心脏移植,10天后死于感染、肾衰竭及肺部并发症。Akutsu-Ⅲ全人工心脏有两个气动的双心室泵组成。此泵也没有再进行临床应用。
全人工心脏的研发之路充满艰辛,需要克服重重困难。由于早期植入后的感染、出血和血栓栓塞等严重并发症而使患者死亡,许多临床试用的全人工心脏项目被迫中止。目前临床应用的全人工心脏只有CardioWest全人工心脏及AbioCor全人工心脏。
JARVIK-7/CARDOWEST全人工心脏
1970年,美国Utah大学的Kolff博士及其团队研制了Jarvik-7 TAH。该装置是一个气动的、双心室搏动泵,血泵用人工合成的材料连接到自体心房,每个泵中都有柔韧度很好的合成材料膜将空气和血分开。机械瓣膜在流入管道及流出管道中,保证血流向单一方向流动。一个气动的电缆从胸部穿出后连接到体外的控制器上,在收缩的时候,切断气流供应,使泵囊塌陷进行射血。泵的频率,压力和收缩时间都可以进行控制。Jarvik-7 TAH的射血量为70 mL,心输出量为6~8 L/min(最大为15 L/mim)。1982年,Utah大学的心脏外科团队将其植入到一个垂死的患者中,用于永久辅助治疗。
1985到1991年,大约有170例患者使用Jarvik-7 TAH作为移植前的过渡治疗,然而在Jarvik-7支持期间,败血症及多器官功能衰竭的发生率较高。1991年,美国FDA以不符合FDA的管理条款为由,停止了该TAH的临床应用。
随后Syncardia公司将Jarvik-7 TAH进行改进,并重新命名为CardioWest TAH。1993年1月,美国FDA批准CardioWest TAH应用于临床试验。2001年,由Syncardia公司生产的CardioWest TAH在美国、加拿大及法国成功应用于临床。
2004年,美国FDA批准CardioWest全人工心脏作为移植前的辅助治疗措施在使用,它也是唯一一个经美国FDA以及欧洲CE认证可进行临床应用的全人工心脏。到目前为止,全世界共有1250例CardioWest全人工心脏的临床应用,其中2013年植入为161例,最长的辅助时间为1374天(将近4年)。目前该全人工心脏也在进行永久性人工心脏移植的临床试验。