人體主要人工內(nèi)器官概述

覃韜

摘 要：本文按照人體系統(tǒng)劃分，分別對(duì)心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)中的人工心臟、人工腎、人工肺、人工肝等人工器官進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：器官移植;人工心臟;人工肺;人工腎;人工肝

人工器官是生物材料、外科醫(yī)學(xué)、生物工程學(xué)、醫(yī)學(xué)儀器共同發(fā)展結(jié)果。鑒于如今臨床上對(duì)器官移植需求量迅速增長(zhǎng)的形式，而人體的同種移植來(lái)源又相當(dāng)有限，同時(shí)器官移植仍存在很多問(wèn)題，以至于每年有大量器官、器件和組織缺損的患者不能得到及時(shí)治療，因此大力發(fā)展人工器官將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

一、心血管系統(tǒng)人工器官

心血管系統(tǒng)是將氧、各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給器官和組織，并將組織代謝的廢物，如二氧化碳、尿素、尿酸等運(yùn)送到排泄器官，同時(shí)把內(nèi)分泌器官所分泌的特殊代謝產(chǎn)物，如激素等通過(guò)血液循環(huán)輸送到身體的其他部分，借以調(diào)節(jié)有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的系統(tǒng)。心血管系統(tǒng)人工器官主要包括人工心瓣、人工心臟輔助、全人工心臟等。

（一）人工心瓣

人工心瓣是指用人造材料或者生物組織材料加工而成的可以用來(lái)代替病損心臟瓣膜功能的人工器件。當(dāng)天然心瓣發(fā)生狹窄或畸形、不能開啟、閉鎖不全、鈣化等故障或病癥，而不能很好地完成單向止逆閥的功能時(shí)，便需要更換人工替代物，代行天然心瓣的功能。人工心瓣按材料可以分為生物瓣與機(jī)械瓣。

人工機(jī)械瓣可分為四大類：籠球瓣、籠碟瓣、斜碟瓣、雙葉瓣。幾乎所有的人工機(jī)械心瓣都是由瓣環(huán)、瓣架和阻塞體三個(gè)部分組成。其中瓣環(huán)用于固定瓣架和安裝縫合環(huán)的環(huán)體;瓣架用于支撐阻塞體和限制阻塞體的位置及運(yùn)動(dòng)距離;阻塞體相當(dāng)于天然心瓣的瓣葉，起單向閥的作用。機(jī)械瓣主要問(wèn)題是組織相容、血液相容性的問(wèn)題始終存在，將會(huì)導(dǎo)致凝血和血栓。生物瓣主要指用來(lái)自生物體的材料，制成代替天然心瓣行使單向止逆閥功能的裝置，又可分為同種生物瓣和異種生物瓣。生物瓣改善了機(jī)械瓣存在的一些基本問(wèn)題，如：抗感染能力更強(qiáng)，血相容性好，血栓率低;中心流型，血流狀態(tài)接近天然心瓣的狀態(tài)。然而由于組織破損等退化性變化，易使生物瓣發(fā)生營(yíng)養(yǎng)不良性鈣化。

（二）人工心臟輔助

人工心臟輔助（VAD）作為人工心臟的初步，又可稱為機(jī)械循環(huán)支持系統(tǒng)。全人工心臟輔助主要有兩類，即IABP（主動(dòng)脈內(nèi)氣囊反博）和LVAD（左心室輔助）。IABP用于搶救心肌缺血性心臟病和心源性休克病人，在病人尚有血壓維持時(shí)，用機(jī)械法將外界能量引入循環(huán)系統(tǒng)，以支持病人的血液循環(huán)。主要操作是將一根帶有氣囊的導(dǎo)管插入主動(dòng)脈，配合病人心臟的收縮與舒張進(jìn)行抽吸與加壓，幫助心臟工作。倘若病人血壓已經(jīng)不能維持，使用LVAD能有效減輕左心室的前負(fù)擔(dān)，可更好的改善冠脈灌注及其它動(dòng)脈灌注。LVAD由工作部分、驅(qū)動(dòng)部分、控制裝置組成，其中心部分是各種各樣的泵。

（三）全人工心臟

全人工心臟由兩個(gè)泵組成，分別替代天然心臟中的左右心室的博出功能，以此完成體循環(huán)和肺循環(huán)，以AbioCor為例，金屬鈦的心臟本體取代患者心臟的左右心室，微型鋰電池和控制系統(tǒng)植入患者的腹腔，外接電池安裝在腹部表皮下的插座向植入的微型鋰電池充電。

二、呼吸系統(tǒng)人工器官——人工肺

人工肺是一種代替人體肺排出二氧化碳、攝取氧氣，進(jìn)行氣體交換的人造裝置，以工作原理可以分為直接接觸式和間接接觸式，其中間接接觸式血?dú)獠唤佑|，避免了血細(xì)胞的破壞和蛋白質(zhì)變性，減少了氣栓的形成，現(xiàn)已逐步取代了直接接觸式。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工肺在臨床上已有了種種應(yīng)用，下面介紹以下幾種。

（一）CPB（心肺旁路）

心肺旁路期間，血液繞過(guò)心臟和肺，為心臟手術(shù)提供安靜干爽的手術(shù)野。CPB的回路由氧合器、血泵、插管與管道、血液回收器、過(guò)濾器、熱交換器、控制系統(tǒng)組成。血泵和機(jī)械泵分別替代天然心和肺的功能，血液從腔靜脈通過(guò)引流旁路導(dǎo)管抽出，在體外血液獲得氧和排出二氧化碳，氧合后重新通過(guò)導(dǎo)管從主動(dòng)脈弓回到體循環(huán)。

（二）ECMO（體外膜式氧合）和ECCOR（體外CO2排除法）

ECMO將60%-80%的心輸出量引入四肢頸部等處的血管，在體外的回路中進(jìn)行膜式氧合，而后將血送回體內(nèi)，從而完成體外加氧和排出CO2。此方法對(duì)血液有較大破壞，容易引發(fā)血栓問(wèn)題，需定時(shí)定量加入肝素抗凝。ECCOR在體外排除二氧化碳，用病人自身的肺給血液加氧，其處理血量降低為20%-30%。

（三）IVOX（靜脈血管內(nèi)氧合器或植入式人工肺）

IVOX是一種新型模式人工肺，不需附加體外循環(huán)回路，通過(guò)外科術(shù)將其植入人體的上下腔靜脈中，利用人體自身的循環(huán)系統(tǒng)工作。有比體外膜肺更長(zhǎng)的使用時(shí)間，通常作為肺衰竭病人在肺移植前的一種過(guò)渡措施。據(jù)報(bào)道IVOX的植入時(shí)間可以達(dá)到29天。

三、泌尿系統(tǒng)人工器官——人工腎

人工腎是基于半透膜原理所構(gòu)建的一種能過(guò)濾清除血液毒素的裝置。根據(jù)半透膜原理，患者血液和透析液被透析膜的兩側(cè)反方向流動(dòng)，利用濃度差和滲透壓進(jìn)行擴(kuò)散和滲透，從而清除血液中代謝廢物和有毒物質(zhì)，調(diào)節(jié)血液中的物質(zhì)平衡、酸堿平衡。如今，臨床上使用的多是中空纖維型透析器，此設(shè)備將10000根左右的中空纖維透析管嵌入聚氨酯罐中以保持纖維的位置并進(jìn)行密封，具有體積小、小型化、輕量化的特點(diǎn);透析面積大，可達(dá)2.5m2，超濾脫水和透析效率高。血液透析過(guò)濾很好的提供了腎臟的清除濾過(guò)功能，但卻不能行使天然心臟的自我平衡、代謝調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌功能。

四、消化系統(tǒng)人工器官——人工肝

人工肝又稱人工肝支持系統(tǒng)，它借助體外機(jī)械、化學(xué)或生物性裝置，暫時(shí)或部分替代肝臟功能。通過(guò)人工肝支持，重型肝炎或肝衰竭的病人肝細(xì)胞得以再生，使可逆性肝損傷患者肝功能得到恢復(fù);人工肝可協(xié)助治療肝移植后的最初無(wú)功能狀態(tài)，是重型肝炎肝移植的橋梁;還可作為肝臟特殊或應(yīng)激情況下的輔助治療手段。按照人工肝組成及性質(zhì)可分為非生物型人工肝，生物型人工肝及組合型生物人工肝。由于肝衰竭患者血漿中毒性物質(zhì)對(duì)體外的肝細(xì)胞有損害，因此一般先用血漿置換去除患者血漿中的部分毒性物質(zhì)，再與反應(yīng)器中的肝細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換，這種將非生物型人工肝與生物型人工肝結(jié)合的裝置即為組合型生物人工肝。由于其具有更高的效能，組合型生物人工肝已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

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