在大火医疗剧《关于唐医生的一切》中，聪慧、坚毅而又有些“轴”的海归心脏外科女医生唐佳瑜获得了观众的关注，尤其是她主导研发的“全磁悬浮人工心脏”。
“人工心脏”就够高端了，还“磁悬浮”，真是让人“不明觉厉”！今天我就给大家说说这个“全磁悬浮人工心脏”是怎么回事。 首先应该明确的是全人工心脏的英文是 Total Artificial Heart (TAH)，它是能够全面代替左右心的泵血功能的机械心脏。在连续剧中提到的人工心脏应该指的是心室辅助装置，英文名 Ventricular Assist Devices （VAD），它用来代替心脏心室泵血。本文为了方便将两者一并介绍。 心力衰竭是全球医学的重大挑战。据统计，我国成年人心力衰竭患病率达1.3%，相应人数达到1370万人。心力衰竭发展到终末期后，治疗管理手段极其有限。 心脏移植是公认的有效治疗手段，但由于供体心脏数量及其有限，目前我国每年仅能完成数百例心脏移植。相对于数十万量级有可能通过心脏移植而受益的患者，心脏移植的作用可谓杯水车薪。 总的来说，虽然据研究心脏也就有一些其他功能，但最主要的就是一个血液泵的作用，其机械的泵血功能如果被替代，就可以挽救重度心衰患者的生命，相比于基因编码的异种心脏（如猪心）的难度，用机械的心脏代替已经废掉的心脏似乎更加可行。 人工心脏的研制历史其实已经比较久远了，概念的提出甚至可以追溯到1812年。1812年Julien Jean Cesar LeGallois 提出“机械循环辅助”的概念。一百多年后，在 1937 年，Vladimir P. Demikhov 博士（苏联人）开发了全人工心脏 (TAH) 装置，他在狗身上进行了实验。他名扬天下还不是因为这个，而是他让犬头在离体条件下存活（画面过于惊悚，我就不放了）。 1953年美国外科医生Gibbon，研制出第一台用于于人类心脏外科手术的体外循环机，并成为体外循环之父。他与梅奥诊所（Mayo Clinic）分享了他的设备，他们继续推进该设备，将其命名为“Mayo Gibbon 型体外循环机”，从而挽救了数百名患者从理论上来讲人工心脏就是缩小版的、损伤更小的、能够长时间使用的血泵设备。顺便说一下，电视剧中唐医生工作的克梅德医疗中心，就是世界三大医疗中心克利夫兰医学中心、梅奥诊所和德克萨斯心脏中心的集合体。编剧有心了！
1950 年代，美国的科尔夫（Kolff）博士在克利夫兰医学中心开发了一种全人工心脏，并应用于动物实验。有趣的是，第一个获得专利的人造心脏是美国人保罗温切尔（ Paul Winchell）发明的（1963年），他的主要职业是口技演员和喜剧演员。温切尔还接受过一些医学培训，并得到了亨利·海姆力克（Henry Heimlich）的协助，他因以他的名字的紧急窒息治疗（海姆立克法）而闻名。多年后，温切尔将他的专利权转让给科尔夫。 1967 年，科尔夫离开克利夫兰诊所，在犹他大学创立了人工器官部门，继续从事人工心脏方面的工作。1969 年 4 月 4 日，多明戈·利奥塔 ( Domingo Liotta )和丹顿·A·库利 ( Denton A. Cooley )在休斯顿的德克萨斯心脏中心（三大集齐）用胸腔内的机械心脏替换了垂死之人的心脏，尽管最终患者死于感染，这确是世界上首次临床植入全人工心脏 在宾夕法尼亚州立大学，William Pierce 博士开发了一种气动心脏辅助装置（图1）。该设备最终成为 Thoratec 气动 VAD，这是第一个被美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准为移植过渡的 VAD。
这是第一代VAD装置，气体驱动，并且产生类似于心脏的搏动型血流。这项技术进一步发展成为 HeartMate I，作为 移植前过渡期使用超过25 年。
1971年，三位重要人物加入了科尔夫博士的团队：兽医 Don Olsen（领导动物实验）、医学工程师 贾维克Robert Jarvik（设计各种人造心脏）和外科医生 William DeVries 博士（领导从动物植入到人类实验的过渡）
1982年，科尔夫团队首次将人工心脏用于永久性植入而不是移植的桥梁。这颗人工心脏名字叫做Jarvik 7 。12月2日Jarvik 7被植入 61 岁的牙医 Barney Clark 博士体内，他活了 112 天。人工心脏的后续迭代取得了进一步的成功。例如，第二位接受 Jarvik-7 的患者在植入后存活了 620 天。“人们想要正常的生活，仅仅活着是不够的，”贾维克说。 今天，Jarvik 7 的现代版本被称为SynCardia临时全人工心脏。作为移植的桥梁使用。占所有全人工心脏（TAH）移植的 96%。 SynCardia的研制也经历了波折。众所周知，需要使用人工心脏的患者一定是危重症患者，他们的心脏完全无法通过常规治疗应付生存所需。1985年3月：亚利桑那州图森大学医学中心 (UMC) 的 Jack Copeland 博士在一名拒绝接受 心脏移植的患者体内植入了一个原型人工心脏，称为凤凰心脏。患者，33 岁的 Michael Creighton，在凤凰心脏上生活了 11 个小时，但在移植第二颗供体心脏 60 个小时后死亡。 1990年，由于违反 FDA 指导方针和法规，FDA停止了TAH的研究项目。为挽救 TAH 技术，1991年UMC和研究基金会成立了一家新公司和合资企业。将 Jarvik 7 技术转让给 UMC，Jarvik 7 随后更名为 CardioWest™ 全人工心脏。 TAH的研究时间相当漫长。直到2004年10月15日，CardioWest 全人工心脏获得 FDA 批准，成为第一个准许上市的 TAH。通过 FDA 批准程序给予该设备的官方名称是 SynCardia 临时 CardioWest™ 全人工心脏。全人造心脏虽然是一项了不起的成就，但也非常昂贵。它的成本从190,000 美元到 220,000 美元不等。
在 SynCardia之后，出现了AbioCor TAH。这是第一个“自给自足的内部人工心脏”。研究人员研究和测试了这个设备 30 年。临床试验于 2001 年开始，同年该设备被植入人体 。AbioCor 于2006年继续获得 FDA 的批准。
与TAH相比，VAD相对结构简单，而且多数心脏衰竭患者主要是心室功能的衰竭，因此VAD能够满足多数心衰（HF）患者的需要。随着现代科学技术的发展，VAD已逐渐成为治疗终末期心衰的重要手段，发达国家的VAD临床应用进展迅速，已发展成被普遍接受的晚期难治性心衰的有效治疗手段。据统计，目前全球VAD累计植入量已超过6万例。 美国于1964年已经开始大力发展VAD用于治疗HF，近几年医疗器械的商业化正以惊人的速度发展。 前面提到了第一代VAD是气动的，属于搏动式隔膜泵。搏动式人工心脏需要一个大而笨重的控制台，不允许患者在医院外活动，其生存率也仅为28%，第一代搏动设备具有固有的机械故障和相关并发症的巨大风险，因此已被淘汰。仅剩欧洲生产的Berlin Heart动泵，用于婴幼儿的VAD。 第二代VAD采用了非搏动性连续血流模式，就是像自来水一样持续输出，而不是心脏那种射血。这种泵的驱动模式属于机械轴承式。之所以开发新式的VAD，是因为对初代VAD的名为REMATCH 试验研究发现，其存在诸多不足。在 REMATCH 试验之后，LVAD 设计发生了根本性的变化。血液是通过转子推进，流动是连续的，不像原生心脏那样有脉动。这些设备与早期的 HeartMate I 不同，需要全身抗凝。这种类型的VAD是目前使用最多的VAD。截止2020年，已有超过 27,000 名心力衰竭患者接受了 HeartMate II LVAD。许多人已经过了 5 年的治疗里程碑，有些人已经置入HeartMate II长达10余年。
但是这些成果并没有让研究人员停下脚步。目前的最新一代的VAD就是本剧集所说的磁悬浮泵。 第三代旋转式血泵中使用的悬浮系统在没有任何机械接触的情况下将转动的叶轮悬挂在血场内，悬浮式人工心脏没有轴承接触点，能够减少对于血液的破坏，叶轮的磁悬浮和/或流体动力悬浮是第三代泵的主要进步。其中流体动力悬浮的血液薄膜存在较高剪应力（可以理解为撕扯红细胞的力）会导致血液损伤。磁悬浮是指在磁力作用下，人工心脏运行时叶轮处于悬浮状态，没有机械轴承，因此无摩擦、产热少、损耗小、耐久性高，应该是未来的发展方向。
目前应用磁悬浮技术的第三代VAD包括国外的HeartWare、HeartMate 3等，已经取得了较好的效果。 我国在第三代VAD的研制也是奋起直追。十年前我国企业就开始研究此类VAD，目前苏州同心医疗已经研制成功全部自主产权的同心VAD，并获得国家食品与药品监督管理局（CFDA）批准上市。目前已经在国内多个医学中心成功应用于临床。
据了解，美国的人工心脏约每套10万美元（约70万元人民币），法国2013年的人工心脏手术费在14万-18万欧元（约110万-140万元人民币）。日本2019年的人工心脏费用人民币要160多万元。总体来看，国际上人工心脏的价格是80万-100万元人民币。 目前我国还有几个正在进行临床验证的VAD品牌。相信随着越来越多的自主研发的人工心脏将进入中国药监局审批和临床试验阶段，很快将可以在临床上得到应用，这是非常大的突破，有可能大大降低患者所需费用，使越来越多患者受益。
科幻作家早就预测了人类的碳基生物机械化，甚至硅基化的未来。各种假肢，生物假体的运用也早于人工心脏的到来。作为独立的功能性器官，心脏无疑是非常重要的，否则之前的死亡标准也不会是心脏停跳。可以说，有了人工心脏，人向永生更近一大步！只不过，当人类变成了《忍者神龟》中的Krang，我们还是我们吗？
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