互动科普

医生在临近死亡的患者身上做“AbioCor”人工心脏植入手术已有一年，而人工心脏的前景仍然渺茫。

经过医学研究人员的不懈努力，可完全植入体内的人工心脏AbioCor终于问世，并于2001年7月首次用于临床。虽然AbioCor还存在着不尽人意之处，但它为那些患有严重心力衰竭而又无法及时得到供体心脏的患者，带来了新的希望。

用一个植入的机械装置永久地置换一个心力衰竭患者的心脏，一直是医务人员长期探索的艰难目标之一。去年当美国几家医院的医生开始做一种称为AbioCor的初步临床试验时看，这项探索进入了一个新的决定性的阶段。AbioCor是一种柚子大小的由塑料和钛制成的机械装置。AbioCor由美国Abiomed医学公司研制，是第一个完全植入患者体内的人工心脏。早期的装置如Jarvik-7，由于患者必须携带一个空气压缩机，在80年代受到了全球广泛的非议。而AbioCor不需要穿过皮肤的管子或导线。2001年7月，Robert L．Tools——一个心力衰竭的59岁前海员，成为第一个AbioCor人工心脏的接受者。

在之后的9个月中，外科医生用AbioCor置换了另外6个心力衰竭患者的心脏。但最初的结果不尽人意。7名患者中有5例已经死亡：其中有2例于植入当天就去世，1例于2个月内死亡，另2例死于5个月之内（Tools于去年11月去世）。在2例生存者中有1例使用这种装置已活了8个多月，另1例也已经活了3-6个多月。由于所有的患者只在病情非常严重时才开始人工心脏的植入一--那些在1个月内可能死亡的患者才会入选做植入手术---因此Abiomed官员认为人工心脏可以证明其价值。当然，公司也承认，此装置附着于体内的缺点是可能导致血栓的形成，它已经导致其中3例患者中风。

显然，对于仅有一年之久的临床试验，评判判AbioCor将取得突破性进展，还为时过早。如果美国食品和药品管理局（FDA）认定此装置有发展前景，它将允许Abiomed公司将其人工心脏植入到那些病情不像最初一组那样严重的患者中。公司官员希望最终人工心脏植入的继活率将超过心脏移植的继活率（约75%接受供体心脏的受体在移植术后5年仍然活着）。在美国，每年仅有不到2500个供体心脏，而等候心脏移植的美国人有4000多；对其中的一些患者来说，AbioCor将是他们的“救星”。

人工心脏正在与非根治性治疗心脏疾病的方法竞争，其中的一种（非根治方法）已相当成功。医生通过附着于左心室的一个"泵"使上千例几乎心衰的患者恢复了心功能。这些心室辅助装置最初作为短期治疗方案用于那些等候心脏移植的患者，但最近的研究表明这些泵能够维持患者继活2年以上（见44、45页图）。同时其他的一些研究推翻了几代医学权威的观点，提出人类心脏能够生长出新的肌肉组织，从而得到自我修复。研究人员正在加快开发能促使心脏愈合的干细胞疗法（见46页图）。

人工心脏的历史

人工心脏的起源可以追溯到半个世纪以前。1957年Willem J. Kolff（透析机的发明者）和克里夫兰诊所的Tetsuzo Akutsu，使用由空气泵驱动的聚氯乙烯装置置换了一条狗的心脏，这条狗存活了90分钟。7年之后，Lyndon B. Johnson在美国国立E生研究所（NIH）建立了一个人工心脏计划。1969年休斯顿得克萨斯心脏研究所的Denton A．Cooley对一名患者实施了首例人工心脏植入，但仅仅作为应急措施。这个装置的目的仅是作为心脏移植的桥梁——维持患者生存64个小时直到为他找到一个心脏供体（该患者后来做了心脏移植，但于2天半后死亡）。直到1981年才进行第2例人工心脏植入的尝试，这名患者在接受心脏供体之前，通过作为移植桥梁的人工心脏生活了55小时。

随后现代医学迎来了最著名的临床试验：心脏外科医生William DeVries的4例Jarvik-7人工心脏永久植入。1982年，DeVries在犹他大学医学中心完成了他的第1例人工心脏植入手术，患者Barney B．Clark一下子变成了名人。几乎每天都有关于他病情状况的报道。记者伪装成大夫，试图混进重症监护病房。112天后Clark死于严重感染后的多器官功能衰竭，媒体向公众提供了一份详细的记录，叙述了医疗上存在的问题和患者经历的痛苦。

过了近2年以后，DeVries实施了他的第2例Jarvik一7植入术，这次是在肯塔基州的诺顿医院，患者名叫William Schroeder。Schroeder靠人工心脏生存了620天，是所有植入者中生存时间最长的一个，但是他付出了巨大的代价：中风发作、感染、发热和长达一年的通过管道进食。第3例Jarvik-7“心脏”受体生存了488天，第4例术后仅存活了10天。虽然几家医院使用较小型号的Jarvik-7作为上百名等候心脏移植患者的“桥梁”设备并取得了成功，但大多数医学专业人员放弃了植入永久性人工心脏的想法。

但是一个名叫David Lederman的工程师对人工心脏的前景充满希望。Lederman曾在附属于Avco——一家宇航公司的医学研究机构工作，从事人工心脏的研究，并于1981年创建了Abiomed公司。他和他的同事密切地观注着Jarvik-7的临床试验并思考着改进它的方法。驱动该装置的外置空气压缩机显得庞大且有噪音。感染细菌可轻易地由穿过患者皮肤的管道侵入机体，而且“心脏”内部的表面不连续，使血小板和白细胞可凝结形成血栓，这种固体的血凝块可通过血循环进驻大脑，引起中风。

1988年，美国国立卫生研究所的国家心肺和血液研究所，决定缩减人工心脏替换研究的经费，而增加心室辅助泵的研究经费。Lederman与来自其他研究组的代表一起去华盛顿游说，反对这项议案。他们说服了来自本州的一组参议院议员，帮助他们恢复NIH的支持，即恢复两所大学（犹他大学和宾夕法尼亚国立大学）和两个公司（Abiomed公司和加里福尼亚州兰乔科尔多瓦的Nimbus公司）的研究项目。目前，Abiomed公司是剩下的最后一家人工心脏研发商。该公司已经得到了近2000万美元的联邦研究基金。其政府基金资助已于2000年年底结束，但同年Abiomed公司靠发行股票获得了9600万美元。

Lederman和他的同事一直顽强地追求着医学技术。在波士顿以北Abiomed总部的会议室里，Lederman怀着坚定不移的信念，对其研究小组的成员说：“没有谁承诺过变通的方法不能成功。这是一项重要的任务，我为我们能够认真地对待它而感到骄傲。”对Lederman来说，这也是他的个人事情：l980年，他的父亲在一次心脏病发作中突然去世。

有关AbioCor的设计

AbioCor不像Jarvik-7那样需要通过一个空气压缩机驱动。隐藏在仪器金属中央板后面的是这个人工心脏的“心脏”：一对电子马达驱动着一套泵和瓣膜系统。这种“跳动”的机械装置来回推动水压流，引起一对塑料膜像人的心脏内壁一样“跳动”（见40、41页图）。

但这种创新仅仅只是个开端。为了能使其与人体完全融合为一体，这种仪器需要一个小型的、可植入的控制器，以便使人工心脏的“心率”可随着患者活动量而变化。Abiomed研制的这种控制器，其大小仅相当于一本小型平装书，可植入患者腹部，并由导线连接到人工心脏。“心脏”内部的传感器能测量充填右心腔的血流压——自身体回流入“心脏”的回流血——控制器随之调节“心率”。“心率”调节范围在80-150次/分。如果临床试验表明这种调控系统是成功的，那么，就可以将它制成单一的微芯片，合成在AbioCor的中央单元中。

Abiomed公司还研发了一种方法，即无需使用穿透皮肤的导线即可驱动人工心脏的电子马达，这种方法可减少患者感染的发生率。一个植入患者腹部的内置电池可提供足够的电量，维持心脏工作20分钟，这种电池可通过电磁感应连续不断地充电——与电动牙刷充电过程一样。此内置电池通过导线与埋在患者皮下的一个无源电子感应器连接。另一个感应器放置于患者皮肤表面，由导线与外置电池连接，透过皮肤组织传输能量，皮肤组织接受的辐射和热量极小。患者可将外置电池佩带在皮带上，同时配有单独的监视器，提醒患者电池的储备量。

设计AbioCor时，主要关注的一点是泵血时防止产生血凝块。Lederman在Avco工作期间，从事了4年有关血液与合成材料之间相互作用的研究工作，研究了各种凝血过程的作用机率。保证血细胞没有时间粘附在一起，AbioCor最终使凝血减到了最低程度，血流急速通过人工心脏装置且没有地方形成淤血。所有与血液接触的表面均由一种生物惰性的聚亚安醋塑料制成，并设计成血管形状的弯曲面。另外，由于血凝块容易在不规则的表面形成，所以接触面设计得非常光滑。正如Lederman所说“我们必须设计一种完全‘无缝口’的系统”。

临床实验与存在的问题

在猪和牛犊身上测试该人工心脏之后，2001年1月，Abiomed公司获得了FDA的许可，开始在人身上做临床试验。FDA将通过考察患者的生存率和生活质量，判定临床试验是否成功，如根据标准评估试验所测得的数据。只有那些不适合做心脏移植的患者才能成为人工心脏植入的志愿者，AbioCor的大小也限制了一部分患者：只有一半成年男性和l8％的成年女性的胸腔容得下该系统（AbioCor目前正在研制一种更小型的、第2代“心脏”，它可适合大多数男性和女性患者）。对每一个植入者，Abiomed同意提供全部的设备和支付所有费用。参与试验的医院和医生将无偿贡献其技术和关怀。每一例植入手术和后续治疗的总费用将超过100万美元。

2001年7月2日，在肯塔基州路易斯维尔的Jewish医院，外科医生Laman A．Gray和Robert D．Dowling为Robert L．Tools的患者实施了第1例AbioCor植入术，手术进行了7个小时。Tools曾患有糖尿病和肾功能衰竭以及充血性心力衰竭症。在人工心脏植入之前，他仅能做抬头的动作。术后，Tools出现了内出血，肺部也出现问题，但在2个月之内，他的肾功能恢复正常，并获得了足够的体力，偶尔被带出去在院外散散步。医生希望在圣诞节之前，他能出院回家。但是，Tools的内出血问题一直没有解决，这使医生很难使用抗凝药物，以防止出现血栓。2001年11月11日，他严重中风，身体右侧瘫痪。19天后死于胃肠道出血的并发症。

第2例AbioCor的接受者，是一位名叫Tom Christerson的71岁退休商人，他的进展情况好得多。2001年9月13日，医生在Jewish医院为他实施了AbioCor植入术。经过一个稳定的恢复期，他于2002年3月出院，住进了附近的一家旅馆，在那里，他和他的家人学习如何照料他的人工心脏。1个月以后，他回到自己的家（位于肯塔基州的森特勒尔城）。随后的数周，Christerson继续做物理治疗并且每周到Jewish医院做体检。他的汽车装有电源插口，以便他用来为人工心脏充电。

在得克萨斯心脏研究所，人称“救命菩萨的”的O. H. Frazier——保持心脏移植手术例数最多记录的外科医生——为2名患者实施了AbioCor植入术。一例带着人工心脏生存了4个多月，最后死于中风并发症；另一例在植入手术过程中出现了无法控制的大出血，虽经20多个小时的抢救，仍未能获救，于当天死亡。加利福尼亚大学的洛杉矶医学中心和费城的罕尼曼大学的附属医院也实施了AbioCor植入手术。洛杉矶的患者因多器官衰竭，出现心脏支持能力下降，仅存活不到2个月。费城的患者——51岁的James Quinn，于2001年l1月5日接受了AbioCor植入。虽然在12月份出现了轻微的中风，但他于次月出院并住进附近一家旅馆。今年2月，他因呼吸困难重新入院。医生针对他的肺炎进行了治疗，因为这种肺部并发症是致命的。由于慢性肺气肿和肺动脉高压，他的肺功能已经非常低下。Quinn使用了呼吸器辅助呼吸，但他恢复得相当缓慢。到今年5月中旬，Quinn的状况有所改善，医生开始让他脱离呼吸机。

今年1月，Abiomed公司在新闻发布会上公布了临床试验的初步发现。Lederman指出：当血液严重缺氧或体温达59.4°C时，人的心脏会受损或遭破坏，而人工心脏仍能继续发挥作用。另外，没有发现患者出现与装置有关的感染问题。但是Abiomed也承认：人工心脏与人体连接方面存在着设计上的缺陷。AbioCor置于患者被切除心脏心房的位置，从2例死亡患者的尸解中，发现在AbioCor中“笼子”形状的塑料支架上有血凝块，这种“笼子”形状的塑料支架是为了保持与心房残端分离而设计的（见41页的示意图）。由于血凝块会引起中风，Abiomed宣布：以后实施AbioCor植入时，他们将不再使用这种塑料支架。在牛犊身上做该装置测试时，这种支架是必不可少的，但在人身上可以不用。

今年4月初，Abiomed宣布：他们无法完成早期拟订的在6月底将对15例志愿者进行AbioCor植入的计划。公司称他们将对先期完成的6例患者的情况做进一步研究。但l周后，路易斯维尔的Jewish医院的医生实施了另一例人工心脏植入手术，首次使用无塑料支架的AbioCor。这例人工心脏的功能正常，但这位61岁的患者在术后数小时内死亡，原因是一块血凝块驻留在了他的肺部。据实施手术的LamanGray医生和其同事RobertDowling称，这个血凝块并不是起因于AbioCor。

尽管目前出现了种种挫折，但致力于AbioCor研究的医生对该装置的潜能仍充满信心。得克萨斯心脏研究所的Frazier认为，在AbioCor的塑料支架上形成血栓，是一个无法事先预料的并发症。他说：“幸运的是，这种情况是可以纠正的，这不是此装置本身固有的毛病。”Gray同时说：“在我看来，它设计得非常好，根本不会是产生血栓的原因，问题出在流入道。我的确感到吃惊：在最初的临床试验中，它怎么工作得那么好。”（两位医生均参与了AbioCor的设计并负责了大部分的动物实验。）

但不是每个人都像Frazier和Gray那样乐观。国家心、肺和血液研究所的所长ClaudeLenfant指出：“整个心脏完全被一个机械装置替换，它产生的一系列问题远不是这一小组患者能代表的。一名整个心脏被替换的患者能有怎样的生活质量?有任何对患者有意义的临床价值吗?该治疗费用在社会上能接受吗?”Robert K．Jarvik——20年曾占据媒体头版头条的Jarvik-7的研发者，现在认为永久性的人工心脏太危险。他说：“切除心脏实际上永远不是一个好办法，在一些非常普通的疾病状态下，如果对心脏进行支持治疗的话，其状况能改善许多，而在1982年我们还不了解这一点。只有在最不利的情况下，才能选择切除心脏。”

人工心脏带来的问题

随着AbioCor试验的继续，面临的最棘手的问题将是如何减少中风的发生。医生最初希望通过服用低剂量的抗凝药来预防这种危险，但有些患者病情太重，甚至很小的剂量也无法耐受。由于这些患者非常容易出现内出血，所以决定最佳抗凝药物剂量成了非常棘手、难以左右权衡的事情：剂量太大可能导致患者内出血而死亡，剂量太小又易引起中风。

尽管需要非常精细的剂量，Lederman对目前的临床结果还是满意的。临床试验最初的目的是验证AbioCor能够保证患者生存至少60天，而他们中的4例都超过了这个期限。Lederman说：“如果下一批接受治疗的患者大部分能像第一批患者那样，而且不发生诸如中风那样的严重并发症，我们计划要求FDA授权，对那些还剩下最后一口气的患者临床应用此系统。我们认为有令人信服的理由，可以使30天内即将死亡的患者有质量地生存许多个月。”但是一些医学伦理学家对这种说法提出了质疑，认为对于逼近死亡之门的患者，他们会同意任何治疗而不会考虑结果如何（见42页文字框）。

这就提出了一个问题：如何定义可接受的生活质量。早在1981年，Jarvik就提到人工心脏要达到“必须被忘记”的目的，即这种装置应该非常温和、可信，以至于患者可忽视它的存在（参见本刊1981年4月Robert K．Jarvik所著“全人工心脏”一文）。AbioCor符合此标准吗?Tools的妻子Carol曾说，她丈夫能感到他以前的心跳被AbioCor的低沉、稳定的呼呼声所代替。“有时他躺在JIUL，他能够听到它，而另外一些时候，他可能忘记它。⋯⋯他知道它就在JIUL，因为他要一直给它动力。这不同于髋关节的置换。”她还相信他最后一个月的生活质量是好的，最后她说：“他有机会生活得更好，不幸的是，他活的比我们期望的要短，但他从未后悔过。”

【王伟/译李爱玮/校】

参考文献

More information about Abiomed，themanufacturer of the AbioCor, is available at www.abiomed.com

The Web site of the Implantable Artificial Heart Project at Jewish Hospital in Louisville , Ky., is www.heartpioneers.com

The Texas Heart Institute in Houston: www. tmc.edu/thi

The National Heat ，Lung and Blood Institute at the National Insututes of Health: www.nhlb

i.nih.gov/index.htm

AbioCor接受者：Robert L．Tools（上图），2001年7月成为第一例人工心脏AbioCor的受试者。他严重中风后，于2001年11月死亡。第二例受试者Tom Christerson（下图）是靠AbioCor活得最长的人，超过8个月。这里看到的是Christerson在肯塔基州的森特勒尔城接受物理治疗，他于今年4月出院回家。

上图所示透视图是“心脏助手”泵——使用最广泛的心室助手装置，被植入到一病人的胸部。该装置将氧和血泵入体内。

在AbioCor植入到病人Tom Christerson体内之前，外科医生Surgeons Laman A．Gray（左）和Robert D．Dowling（右）将空气从人工心脏中抽出，以防止血凝结。该手术于2001年9月13号在路易斯维尔的Jewish医院完成。