现如今，医疗科技的发展创造出了很多难以令人想象的医疗设备和器械。比如在本次新冠肺炎疫情中进入公众视野的呼吸机和体外膜肺氧合ECMO。
而本期福祉科普的主题是同样令人难以置信的一样科技成果——人工心脏。
人工心脏常用于心脏移植前的过渡支持（BTT）、过渡到恢复（bridge-to-recovery）或再定（bridge-to-decision）和永久替代治疗（DT），能限制提高终末期心力衰竭患者的生存率和生活质量。
人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能。
人工心脏可分为暂时性，即部分取代心脏的辅助性人工心脏（ventricular assist device, VAD）；长期性，即取代整个心脏的全人工心脏（total artificial heart，TAH）。
总而言之，人工心脏的主要功能是尽可能模拟自然心脏的搏动，为血液提供肺循环和体循环的动力。
这时候你可能会想到，这不就是一个水泵嘛？是的，简单来说，大多数VAD的本质上就是一个泵，但这个泵需要克服诸多普通流体泵应用中不存在的困难，例如人体的排异反应、血栓的产生、故障诊断和应急处理、能量的供应，高速连续旋转的流体泵还有可能破坏血液中的细胞，产生气泡导致气栓塞等。
下面，福祉君就为你展示几款人工心脏界的前沿产品，带你看懂人工心脏。
离心泵式VAD
离心泵是非常常见的一种水泵，可以提供液流脉动较小的持续液流，同样，也可以用于心脏左心室的替代和辅助。
图：（A）一款医院用普通体外离心血液泵（B）HeartWare HVAD左心室体内离心泵（C）HVAD的工作图解
由图中的信息可以看出，这类血液泵提供的持续流动的血液，经由皮下的缆线连接至体外的供能和控制设备。在离心泵旋转的过程中，由扇叶中心部位涌入的血液在离心力的作用下被压向主动脉的管道，通回心脏，起到辅助或者部分替代半侧衰竭心脏的作用。在这种可移动设备的帮助下，很多心脏衰竭的人获得了重新进行室外活动的能力。
更加先进的HeartMate 3属于第三代磁悬浮CFVAD离心泵，血泵转子为完全主动磁力悬浮，其悬浮和旋转驱动都是由同一个定子完成的。血泵运转时不断测量永磁体在转子中的位置,通过控制驱动线圈和悬浮线圈中的电流，可以主动控制转子的径向位置和转速，能防止泵内出现停滞区域，降低泵血栓形成的风险，从而保证正常的主动脉瓣功能。
神奇的是，在这种持续流动的血液下，人体并没有产生不良反应，也就是说，象征着人生命持续的心脏搏动，从实现功能上是并非必要的。比较合理的推断是，生物界无法进化出像离心泵一样的可持续旋转的机构，所以进化出了用心脏腔室中这种瓣膜的形式实现相同的功能，自然也就产生了不必要的脉动过程。但搏动的血液也并非一无是处，持续变化的液流速度可以充分扰乱流体，减小产生血栓的可能性。
轴流泵式HeartMate II
HeartMate II实体及其原理图
HeartMate II 是第二代连续血流轴流泵，血泵长7cm，体积约63cm3，质量约370g。噪音低，体积小是其优势，其叶轮与血液直接接触，转速高达8000～10000rpm，因此使用红宝石轴承以利于散热，最大限度减小红细胞的破坏。但发生血栓的可能性依然是这类血泵的主要问题。
脉动式体内/外气动泵
SynCardia TAH的各部分讲解
这种移植于体内的整个人工心脏用于完全取代自然心脏的功能。和前面介绍的连续流式不同，这种装置通过起到瓣膜作用的单向阀和心肌作用的气动隔膜产生和人体心脏脉动类似的功能。
和SynCardia TAH相似，Berlin Heart使用气动的脉动式液流，但这种仪器仅仅用于住院期间的短期使用，多用于患有心脏衰竭的婴幼儿。泵体处在体外，可根据患者年龄和体重等选用不同规格的血液泵，气动活塞泵动力仪器也可以根据情况调整动力大小和脉动频率。
[1] 武文芳,吴兵.人工心脏的历史及研究进展[J].中国医学装备,2008(03):55-58.
[2] Ventricular Assist Devices (VAD) at Seattle Children's Heart Center https://www.youtube.com/watch?v=lMTObc-e6Mo
[3] Left Ventricular Assist Devices and Kidney Function: An Overview for Nephrologists https://ajkdblog.org/2018/01/30/left-ventricular-assist-devices-and-kidney-function-an-overview-for-nephrologists/#prettyPhoto
[4] https://www.lvad.nl/heartmate-3
[5] 管翔,陈志远,李庆国.植入式心室辅助装置的研究进展[J].国际心血管病杂志,2020,47(02):76-80.
[6] HOW DOES THE SYNCARDIA TOTAL ARTIFICIAL HEART WORK? https://syncardia.com/patients/patient-resources/how-does-the-total-artificial-heart-work/
[7]Berlin Heart device manual https://www.berlinheart.de/fileadmin/user_upload/Berlin_Heart/Dokumente/Downloads/Downloads_IFU/EXCOR_Active/clinic/1015002x00_A01_EA_GA_Klinik_en_klein.pdf
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