两则看似毫不相关的新闻，却共同让人工心脏走到聚光灯下，享受着发展数十年里难遇的高光时刻。
脱口秀演员王十七，因扩张型心肌病曾被下过四次死亡通知书，命悬一线。而今凭借不到200g的人工心脏，生活如常，每两天骑行15公里。一时间人工心脏家喻户晓，“他没有心跳，却能像正常人一样生活”一度成为微博热搜*。
在这场脱口秀视频播出数天后，11月初，强生宣布豪掷百亿美金收购心脏设备制造商Abiomed。后者拥有全球*获得FDA认证的介入式人工心脏——Impella，这也是世界上最小的人工心脏。
热度、资金强势涌入这一领域，据不完全统计，2021年中国人工心脏赛道更是融资数十亿元。“心脏既然能长出来，就一定能被造出来”，荷兰医生威廉·约翰·科尔夫曾如此断言，从医学界的自我超越到大众知晓度极高的医疗器械，人工心脏用了六十余年。
1957年美国医生将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存1.5小时，以此为肇始，拉开了人工心脏的研究。此后数十年的时光，实验对象从狗、牛至羊，人们不断破解心脏的跳动密码。
时光回溯至1982年12月，世界各国心脏专家将目光聚焦于美国：一位61岁心脏衰竭的老人使用人工心脏“贾维克7型”后，情况竟出乎意料好转，生命延长了112天，人们大呼这是现代医学的胜利。
不过彼时人工心脏尚需要如电视机一样大小的空气泵来驱动，医生透露噪音从街对面都能听见。
如今经历多代技术更迭，体积更小、重量更轻的悬浮式人工心脏渐成主流，但可及性、并发症仍让诸多患者惴惴不安，我们离“*心脏”究竟有多远？
为什么要死磕人工心脏？
“虽然他的右心室已经丧失功能，左心室的辅助装置却让他维持生存。”全球知名心脏医生斯蒂芬·韦斯塔比在书中回忆人工心脏手术时如此说道。
心脏主要生理功能和一台水泵完全一样，若心脏的“泵”血能力不足，不能满足各组织、脏器代谢水平的需要，则称为心衰；心脏一旦停搏，只需几分钟，脑组织将出现不可逆性死亡，意味着生命的终结。
终末期心衰患者成为人工心脏的主要适用人群，《中国心血管健康与疾病报告2020》统计，中国当前约有890万人患有心衰。另据相关文献透露，在心衰患者中，每年有大约5%会进展为终末期心衰。以此计算，中国至少拥有44.5万的终末期心衰患者。
对于庞大的终末期心衰患者群体而言，已有药物和心率控制器械难以扭转局面，逆转病程，器官移植一直是患者治疗的金标准。然而器官移植存在巨大的供需缺口，因为供心有限，多数患者只能在遥遥无期的等待中逝去。
植入式医疗器械——人工心脏成为心衰患者延长生命更现实的选择，对于因过性损害而导致重度心衰的患者，人工心脏短暂的“接班”，还能让心脏休息之后功能恢复如常。
数据或许更能让人直观感受到人工心脏的功效性：在全球范围内有超过185个国家的2万名心衰患者进行了人工心脏植入术，3年生存率80%，和心脏移植持平，接受手术的人群中有部分生存期超过8年。
图源：中华医学会胸心分会
一般而言，人工心脏主要分为全人工心脏（TAH）和辅助人工心脏（VAD）两大类，前者替代心脏全部功能，后者主要替代心室部分功能。
全球主要的两款全人工心脏分别是美国公司的SynCardia TAH和法国Carmat公司的Aeson系统。
1982年惊艳全世界的人工心脏“贾维克7型”便出自Syncardia公司，经过不断改进，全人工心脏的老大哥TAH-t就此诞生，相继获得欧盟、美国、加拿大市场的入场券，作为不可逆的双心室衰竭患者心脏移植前的辅助治疗手段。成绩也出乎意料——全球共有1700多个移植患者，每年约为600名患者提供心脏置换支持。
法国Carmat公司蛰伏多年，一出手便在2013年圣诞前夕的巴黎乔治·蓬皮杜欧洲医院完成了世界*例*性人工心脏移植手术临床试验。在当时的新闻稿中，生物适应性被大肆宣扬。
据了解Aeson系统由生物材料研发而成，不需要移植者服用免疫抑制药物，其内部有一个复杂的传感器和微处理器系统，可以检测病人身体内部的变化，并根据病人身体机能需要，改变血流。经过漫长的临床研究，该产品于2020年12月获得欧盟批准，作为晚期心力衰竭患者心脏移植前的过渡治疗手段。
事实上，全人工心脏的技术壁垒与风险重重的临床试验也让不少企业差点折了腰。强生大手笔收购的Abiomed，2004年就曾因全人工心脏临床试验失败而股价大跌，几乎到了破产边缘。
除却技术因素，摘除自体心脏还是令不少患者畏惧，给心脏装上“插件”的辅助人工心脏则更受青睐。辅助人工心脏又细分为左心室辅助（左心室辅助）、右心室辅助（RVAD）、双心室辅助（BiVAD）三种。
其中，左心室辅助装置从问世之初便成为医生的“偏爱”。从生理结构而言，人体心脏类似一个“四居室”，上方为左右心房，下方为左右心室。心室部位心肌厚，承担着“泵血”功能，以左心室为甚，其接收来自左心房的含氧血，通过主动脉将含氧血液送入全身各器官。
“血液从左心室出发，开始旅行。”美国进化进化生物学家罗布·邓恩曾如此形容左心室的功能。
左心室辅助进化史
作为心脏主要的“劳工”，左心室极易出现问题，重症心脏衰竭患者大多由于左心室功能不良。
引起热议的王十七，所佩戴的就是左心室辅助装置。其在左心室心尖部位卡个血泵，将左心房和左心室的血流引入辅助泵中，通过泵中的叶轮旋转，再将血流泵入主动脉，让过劳的左心室得以喘息。
左心室辅助装置由体内和体外两部分组件构成，一般包括血泵、驱动系统、能源、控制系统，其中血泵作为动力源泉，在整个系统中至关重要。
20世纪80年代，研究血泵的先行者认为，为了模仿人体的血液循环，血泵必须制造出搏动。因此早期的人工心脏采用一个橡胶囊模仿心脏的收缩、舒张动作。
1986年，由Thoratec（后被雅培收购）公司研发的使用搏动式隔膜泵的*代左心室辅助——Heartmate I首次被植入人体。整个行业为之振奋，但它需要连接一个洗衣机大小的外界机器，运转时声音巨大，把患者吵得惴惴不安。
即便患者愿意忍受噪声，Heartmate I仍有其局限性：构造过于笨拙庞大，只能放在空间更大的腹腔里。更危险的是，产品损坏率极高，患者术后1年生存率仅为52%。病人们从恢复生机到被各种并发症困扰，最终痛苦撒手人寰。饱受失败折磨的医生们发现，带有风箱和瓣的搏动装置极易造成血栓，引起灾难性的并发症——中风。
无论是医生还是企业，都不甘心止步于此。时任美国匹兹堡阿勒格尼总医院的外科主任乔治·麦戈文认为血泵搏动并没有必要，理由是血液到达毛细血管之前，搏动就在小动脉中消散了，这为轴流泵人工心脏的研发打开了新思路。
思路打开，企业们也开启了研发之旅，自1991年，Thoratec便与匹兹堡大学及Nimbus公司合作，研发新一代心室辅助装置。
这一出手，便造就了左心室辅助装置中的当红炸子鸡——Heartmate II。该产品在2000年7月进行了首例移植，次年开始临床试验。临床优势让业内难以忽视：血泵体积非常小，重量仅约为290 g，可以植入更多患者胸腔。同时可靠性与便携性均有了质的提升，患者只需在体外背个包就能自由活动。
它的出现，不仅让Thoratec成为人工心脏的*，也让更多企业主动卷入了第二代心室辅助装置的研发。2001年，JarvikHeart公司提出了Jarvik 2000；2002年，Berlin Heart公司推出INCOR系统。
随着2008年、2010年获FDA批准用于移植前过渡治疗及终末治疗方案，Heartmate II占据了美国市场60%的份额。HeartWare（后被美敦力收购）则紧随其后，成为第二大厂商。
然而产品广泛应用之后，血栓、溶血等致命缺点逐渐浮出水面。2014年，基于第三代离心泵技术的Heartmate III横空出世，轰动了医疗界和资本市场。它进一步解决了第二代缺陷，延长了血泵使用时间。
经历过几十年的技术路线迭代，血泵从搏动泵——轴流泵——离心泵演变，血栓、感染等并发症逐渐减少。新一代离心血泵通过不同的技术来避免血液和轴承进行接触，包括磁液悬浮、磁悬浮、纯水悬浮等技术，以此尽量规避血栓形成。
难点在哪？
正如罗布·邓恩所言，心脏学的历史上充满了轮回的傲慢、表面的成就，以及无数次的，甚至全盘的失败。
人工心脏涉及医学、机电一体化、电子电路技术、生物力学等多种学科，研发复杂度与精密度毋庸赘言。血液相容性、植入侵犯性（血泵的小型化程度）、防感染、可靠性、便携性等关键问题，构成了人工心脏的高技术壁垒。
全人工心脏的发展几乎是站在殉道者的肩膀之上，感染、故障、多器官功能衰竭等并发症困扰着行业。全人工心脏研究数年，但机械可靠性、泵送效率、低血液相容性、钙化和对感染的敏感性严重影响全人工心脏的成功。
从原理而言，全人工心脏取代了原生心室和所有四个原生瓣膜，它们像心脏自身的瓣膜一样工作以管理血液流动。这些瓣膜将全人工心脏连接到心脏的上腔室（称为心房）以及大动脉、肺动脉和主动脉，但机械心脏瓣膜与溶血、血小板活化和因凝块形成及其随后的分离引起的血栓栓塞事件有关。生物性心脏瓣膜抗血栓性能虽好，但极易发生钙化和撕裂，远期需要再次干预。
安全可靠的控制和供能方式，也是研究者们一直探索的方向。生物材料和血液之间的相互作用曾被研究者们视为“灾难”，植入式血泵生物表面涂层如何与血液兼容，才能不溶血、不激活血小板、不消耗血液细胞成分和血浆凝血因子、不激活凝血通路，参与免疫反应等问题至今悬而未决。
非完全植入式设计，让全人工心脏的风险大大增强。其有两条皮肤下隧道化的管路，用于向植入的移动隔膜输送和抽取驱动压缩空气。然而，管出口部位却成了细菌进入人体的大门，增加了局部和全身感染的风险。
而占据人工心脏市场近80%份额的左心室辅助，目前需着重解决的难点主要有三点，一是血液破坏，二是能源问题，三是小型化。
出血是左心室辅助最常见的并发症，据公开报道，从1989至1999年的228例进行心脏移植前过渡应用心室辅助装置的患者中，近50%有出血并发症。
究其原因，血泵中叶轮旋转、二代泵物理轴承旋转等均对血液有较大的破坏作用，引发溶血、出血的风险。即便技术更迭至第三代离心泵，高速旋转叶片对红细胞引起的机械性破坏已被科研界、产业界所关注。
美敦力退出心室辅助市场，或也能佐证技术之难。
2016年美敦力以11亿美元收购心室辅助第二大厂商HeartWare，不过HeartWare HVAD系统2015年就曾因静电排放引致水泵出现故障。为了抢夺市场，美敦力当时或许忽略了这一点。结果并不好看。来自FDA数据显示，截至2021年上半年，美敦力HeartWare HVAD系统造成91人受伤，15人死亡。无奈，2021年6月，美敦力挥泪告别心室辅助装置历史舞台，将市场拱手让人。
从血泵技术来看，HeartWare HVAD是一种混合磁悬浮和液力悬浮的小型离心泵，运转过程中的剪切力易对血液产生破坏。
另有学者发现，装置左心辅助后，纤维蛋白溶解系统增强，凝血系统也增强，两个系统的不平衡，就有可能导致出血或血栓形成。此外，长时间应用抗凝药物诸如肝素等引起凝血障碍。
出血、感染、血栓等并发症成为患者穿梭在生与死之间狭窄地带的阻碍，一旦术后无法正确及时护理、治疗，患者或将迎来凄凉而可怕的终点——死亡。
如果出血、血栓是患者们可能出现的风险，那电源问题则是每个患者都必须直面的棘手难题。目前血泵多由一根泵缆穿过体内“隧道”对其进行供电，因其昼夜不停运转，对能源的需求量很大，对持续供电能力依赖度较高。体内植入不能满足要求，一般采用体外携带，且需要每8—10小时补充电量。
“事实上，我的生命周期就只有8小时。”英国一位20岁的大学生吉姆曾在社交媒体上吐露左心室辅助术后的遭遇引起广泛共情。
作为一个年轻人，他失去了睡懒觉的资格，一旦睡眠超过8小时，没有及时更换电池和充电，就会面临生命危险，生命的长度被电池电量所判决。另据媒体报道，一位患者外出看望朋友，却忘记带备用电池，最终因电量耗尽，生命消逝在回家的路途中。
电量将患者们的生存时间切割成每小时，焦虑如同他们佩戴的背包一样如影而行，全植入、可体内植入体外充电的新技术成为解决患者限制性的希望，Calon Cardio-Technology公司和Leviticus Cardio正在联合研发无线充电产品。
小型化则是血泵的一大趋势，因它要植入患者病变心脏上，体积小、操作方便、以便能迅速植入的血泵是产品演变的必经之路。在保证安全性、稳定运转的前提下，医学家、工程学家正在努力让它向小型化、耐用性强及低阻力发展。
就现状而言，左心室辅助距离*心脏仍有诸多技术难关待攻破，患者也只能妥协于诸多不便之中。“无法趴着睡觉，不能靠近电磁炉，不能吃火锅，不能过安检门，体内的血泵时常嗡嗡作响……”王十七对媒体的讲述不难让人感受到，人工心脏于患者而言，或许是爱恨交加的存在。但是有一点毫无争议，它让更多人有活下来的可能。
如何让它惠及更广泛的人群，仍需等待产业界的探索。
参考资料：
1. 左心辅助装置中血泵的发展现状
2. 斯蒂芬·韦斯塔比《打开一颗心》
3. EXCLUSIVE: Student with mechanical heart only has nine-hour life expectancy if he forgets to charge himself up each night
4. Molina, Ezequiel J et al. “The Society of Thoracic Surgeons Intermacs 2020 Annual Report.” The Annals of thoracic surgery vol. 111,3 (2021): 778-792. doi:10.1016/j.athoracsur.2020.12.038
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