人造心脏和辅助装置前景如何？当今最突出的问题是动力源。

去年&月7日上午11点过后不久，心胸外科医师W. S. 皮尔斯（William S. Pierce）博士在位于宾夕法尼亚州Hershey地区的宾夕法尼亚州立医学院快速而准确地切去了一只山羊心脏的两个心室，并准备植入一个全人造心脏维持该动物的生命。皮尔斯博士像在人的患者身上做手术一样，戴着面罩，穿上外衣，通过与茶碟大小差不多的山羊胸腔开口，工作了六个小时。在他身边有一个大型的由医师和护士组成的保障工作组和一套从心——肺机至高级监控装置的设备。

手术程序是一系列演习中最新的一套，它要导致最终在人体中植入类似的心脏。在Milton Hershey医学中心的博士们期待着这种情景尽早降临。离手术室（Pierce博士在宾夕法尼亚州大型动物实验室中工作的地方）不远、有一只山羊，它的心脏在几星期以前已被机械心脏取代。这种山羊是一系列供医学实验用的动物中的一种，它们具有用聚砜和聚氨基甲酸酯制成的心脏，有些存活了几天，有些存活了将近一年。有几只Hershey小牛带着电动的和空气驱动的人造心脏，保持了一些幸存的记录。

人造的人心脏要考虑许多情况。它必须尺寸合适，重量在1，000克以下，能够装进胸腔中很小区域内。它应当可靠地工作，每分钟跳动大约60次，一年跳动4，000万次。按平均寿命，人的心脏约跳动30亿次，抽汲大约500万升血液。

宾夕法尼亚州人造器官部的医师、机械师、机械工程师和技术员已经为研制人造心脏工作了十多年，这种人造心脏终有一天能用来延长因心脏病发作注定要死亡的美国人的生命。该工作组只有几个具有国际水平的专业人员，他们都是致力于创造一种与人体心脏功能相当的心脏。在德国、日本、苏联和中国，以及在美国的Hershey和俄亥俄州克利夫兰附属医院，都有专门小组在研究。犹他大学关于把Jarvik型心脏植入B. 克拉克（Barney Clark）体内的事迹已经引起公众注意，这些研究都是为了研制一种成功的装置。

人类梦想

复制人体器官，尤其是复制心脏，一直是人类梦寐以求的，今天在美国和西方世界中出现心脏病高发病率情况下更为重要。每年成千上万美国人因心脏病发作而死亡。在六十年代后期曾给美国人做了第1例心脏移植的底特律市Sinai医院心外科医师A. 康屈威茨（Adrian Kantrowitz）博士说，目前美国有十万人在做晚期心脏治疗，每年有五万心脏病患者因心肌梗死而死在急救室。曾把Jarvik型心脏植入Barney Clark体内的犹他大学心胸外科医师William De Vries博士说，另有2，000名患者在做冠状动脉分流外科手术期间死去，每年还有5，000 ~ 10，000美国人遭受心肌病折磨，这是一种损坏心肌的病毒性疾病，曾经使Barney Clark置于死命。

不论是心力衰竭，心脏病发作，还是患心肌病，所有这些患者都可以作为人造心脏或心室辅助装置的潜在候选人，心室辅助装置与被植入的全人造心脏相似，通常放在体外，承担一个或两个心室的工作量，为的是提供修补心脏的时间。

不过，不是每一个人都相信机械装置是对国内流行的心肌病的回答。纽约哥伦比亚区Presbyterian医学中心Keith Reemtsma博士说，移植供者有效的心脏，确确实实是“长久的解决办法”。然而，其他心脏专家认为，自从六十年代后期施行这种手术程序以来十七年里在本国仅仅作了600例移植。他们还指出，过了50岁的任何人，由于年龄关系，自然而然地不能作为移植患者。超过50岁的患者无法忍受此种手术或术后疗法。

首批修补

关于人造心脏的第一次讨论，要追溯到十九世纪初。在1812年，法国人Julian-Jean Cesar La Gallons曾经提到“如果能用一种注血方法代替心脏，那么人们就可以很容易使人体任何部分无限期存活下去”。

在此以后的十九世纪期间作了许多研究和实验。到了1928年，两个英国人H. H. Dale和E. H. J. Schuster研制了一个泉，放在动物体内，供循环用。1952年通用电机公司研究部F. D. Dodrill研制了一个机械心脏、在作外科手术期间用来维持患者的生命。然而，在五十年代初期研制的心 - 肺机，可以使得患者在手术台上不需要人造心脏。不过，对于此项机械装置的研究始终没有间断过，它可在手术室外用来维持生命。创造人造心脏的先驱者之一，是一位德国人，名叫Willem J. Kolff，他领导过研制Jarvik7心脏工作。高大而精力充沛的73岁Kolff是犹他大学人造器官部负责人，他的公司（Kolff股份有限公司）负责制造Jarvik7心脏。Kolff和Tetsuzo Akutsu在1957年给一只狗植入人造心脏，过了几年他又研制了经过改进的电动心脏。但是，由于这些装置很原始，并且有关的外科手术不成熟，植入这些装置的动物存活时间都是以小时来计算的。

始终尝试着研制全人造心脏。在国会支持下，国立心、肺、血研究所着手进行研究。Kolff博士和他的同事使一只具有囊式人造心脏的小牛存活了一天多。到六十年代后期，一位由年轻化学工程师转为医师的Pierce博士，卷入研制如同Robert K. Jarvik研制的那种人造心脏，Jarvik是一位有所追求的医师，他若手改进Kolff机械心脏的设计。

到了六十年代后期，在人造心脏设计方面已经作了充分改进，使植入成为现实。Barney Clark不是靠人造心脏生活的第一个人。这个盛誉落在1969年在休斯敦得克萨斯心脏医院等候移植的名叫Gaskell Karp的患者身上。显然，在找到适当供者之前，Karp濒临于死亡，Denton Cooley博士给该患者植入一个空气驱动狻置，维持其生命长达64小时，直至找到自然心脏为止。

遗留问题

使用人造心脏和心室辅助装置依然存在着很多问题，并且要认真对待。不用说机械故障是一种困难；当今即使是漏泄、堵塞和其他故障也会使全人造心脏的使用出现危险。

与早期全人造心脏有关的另一个问题是溶血症，它破坏红血球，这通常是由人造心脏不良设计所引起。如果血液受血囊挤压，这些红血球就会被压碎。此外，血液还倾向于凝结在心脏内壁上，当血凝溶剂消散时，便会使人体其他部分出现无法控制的出血现象。因此，血囊的内壁必须是极其光滑的，防止凝结。

凝结问题推动了各种材料的发展，例如Biomer就是一例。这种材料构成了现代大多数人造心脏内壁，它是由Pierce和James H. Donachy在十年前首创的，James H. Donachy是Hershey人造器官部的制作医师，而Pierce是主任。可以把Biomer制成很光滑，足以防止危险的凝结。Donachy注意到，在六十年代中期，人造心脏中血囊是用硅橡胶制成，使用寿命有限，有时还会引起凝结。

当代人造心脏的一个问题就是动力源。像Hershey和犹他这样医学中心都在研究两种形式机构——空气驱动的心脏和电动的心脏。目前看来，空气驱动的心脏比较简单，而且在人体中更可靠些（首批人造心脏都是电动的）。Barney Clark用的Jarvik 7心脏是空气驱动的，有一个大型压缩机放在他的轮椅中，伴随着到他所到之处。空气驱动的心脏还必须有空气软管，通过皮肤，固定在该机构上；这些开口都给患者留下了造成致命感染的薄弱环节。不过，感染问题已经有了一些新的解决办法。Kantrowitz正在实验，用一种方法把管子与患者的皮肤细胞连接起来，在外侧用牙质或动物角质加以密封。用微型管把牙质或动物角质撒在活细胞生长之处，促使患者自身皮肤生长在塑料软管表面上。细胞和塑料软管连接处便成为不透气的了。

小型容器

目前还在努力减小人造心脏动力源容器的尺寸。将来，患者可以把他（她）的压缩机装在小型手提包或小盒子里。但是，无法避免大的空气软管通过胸部。

空气驱动的人造心脏是经过改进的无疑将是电动的机构的前身。Hershey和犹他医学中心正在研究电动型，Pierce博士和他的小组曾经利用电动心脏使小牛存活222天。Hershey人造心脏原型有一个圆筒形电动机，这个电动机在该心脏底部与两个心室壳体相连。圆筒两端压盘前后推压，迫使血液进入心室腔中。筒内凸轮调节座盘的冲程。患者携带一个作为动力源的小型电池的容器，利用能透过皮肤的无线电频道，把电能输送给该心脏机构。

在犹他医学中心，Jarvik博士正在使用电动液压能量转换器进行实验，这个转换器只有一个移动的零件。“轴流式泵的叶轮连接在无电刷直流电动机的转子上，而叶轮和转子则用一个简单的流体动力轴承来支撑。使泵反转，流体流动方向也随之反向。液压流体使血泵中的隔膜动作，就跟压缩空气所作所为一模一样”，Jarvik博士说。

能量转换器很小——可以装进一粒花生壳里——并且很容易植入人体，不会干扰其他器官。它是强有力的，足以做到每分钟抽汲60升流体。这种转换器需要体外电池和电子盒，用一根小电线穿过胸壁与该心脏连接。

切去双腔

植入人造心脏时，外科医师不必切掉整个器官，只要切去自然心脏四个腔中的两个腔，即右心室和左心室，留下两个心房。在心脏上方的心房基本上属于蓄血器；心室起着泵的作用。左心室工作量最大，把富含氧气的血液输送到主动脉，在整个人体内循环。右心室把血液抽汲到肺部。血液进入右心房，被送到右心室，接着被抽汲到肺部充氧。从肺部来的血液经过左心房回到左心室，接着被抽汲，流向全身。

覆盖丝绒

Hershey小组研制的全人造心脏包含有两个心室，每个心室在尺寸和形状方面与具有由聚砜材料H造的外壳的大型冻胶环室相似。两个心室区域都覆盖着丝绒，分别植入，并列排着，用人体肌肉封住。心室壳体内装着用Biomer制成的无缝透明血囊。即使在内壁上出现一道微小裂纹，都会导致血球集聚。

空气软管的出口连接到两个人造心室（亦称为血泵）底部。随着卡搭卡搭声响，空气压力迫使隔膜扩张与收缩，使血囊充满与抽空。血液通过人造的斜盘式阀门流向全身。在人造心脏中有四个这样的阀门，其中两个连接着心房与机械心室，第三个连接着静脉与右心室，第四个则连接着左心室与主动脉。此种装置是用涤纶接口或封套固定在腰部。

心室辅助装置

有一个重要方面，宾夕法尼亚州方案与犹他大学方案不同。犹他大学要从自然心脏移植直接进到植入永久性企人造心脏。当Barney Clark得到新心脏时，涉及到这种手术是否为期过早，人造心脏是否已经充分发展。有一种批评意见是，由于笨重的动力源，患者不得不生活在过分苛刻的环境之中。

在Hershey，Pierce博士正在计划，先在“桥式患者”（“bridge partients”）中植入全人造心脏或心室辅助装置，这些患者等候着自然心脏的移植，在确定了供者之后才能存活下去。这些装置不是永久性的，只维持心脏病患者很短一段时间。

Pierce博士至今已植入一个全人造心脏，与此同时，在Hershey和其他医学中心已经把Hershey的心室辅助装置放在大约40名患者身中。心室辅助装置几乎与全人造心脏的一个心室相同，尽管鉴于该机构位置原因其封套附件有差别。心室辅助装置在体外通常使用7天至14天。在某些情况下，可以把心室辅助装置植入患者腹部。

可以在心脏病发作之后使用心室辅助装置，接管一个心室或两个心室的功能，为患者提供医治心脏的时间。也可以在做心脏外科手术之后使用心室辅助装置，以便再次给患者心脏提供复原时间。

前景

人造心脏和辅助装置前景情况如何？Pierce博士认为，有效的全人造心脏至少要五年时间在解决了各种辩论之后才能投入使用。当今最突出的问题，就是动力源。再者，在动物实验中没有一个人造心脏抽汲超过一年的，其中很多反映出在诸如穿戴，凝结，甚至腐蚀等方面存在着问题。

“显而易见，还要解决一些主要技术问题，才可以把全人造心脏供给人类患者日常使用”，Jarvik博士说。他接着又说，这种心脏必须是起作用的、可靠的和独立的，尤其是“它必须是可遗忘的”。对Barney Clark的植入工作的一些批评表明，他的新心脏由于其大型压缩机和咝咝声与卡搭声是难以遗忘的。

医师、律师、哲学家和公众都在讨论在未来岁月里使用人造心脏装置。有一个情况看来是很明显的：要坚持下去。问题是平常怎样使用它。目前，移植是有效的，因为像Cyclosporine这样一些药物可以防止或降低排他效应。问题是各处都不会有足够的心脏可用。

药物和有效的对策正在减少心脏病死亡人数，从现在起10年内，心室辅助装置比全人造心脏更有用。Jarvik博士在最近由美国人造内部器官学会于华盛顿主持召开的会议上预测了人造心脏的前景。他预见，心室辅助装置、药物和移植是在不同情况下使用的。正如海军需要各种类型舰船一样。Jarvik博士说，各种疗法和装置都要用来战胜心脏疾病。

尽管如此，随着植入更多人造心脏，争论将会激烈起来。最重要的一个问题是，把心脏作为一种象征。Kolff博士在美国人造内部器官学会上说，（就Barney Clark情况而言），“最大的问题在于，我们要摘出真实的心脏。这个心脏是生命的基石——而且是精髓部分。”

[Mechanical Engineering，1984年9月]