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第1473章 人造心的超级难关【2 / 2】

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“下面我以几个主要标题,盘点研发困难。”

谢科夫说着,在白板上写字,如今他汉字写的很漂亮了,甚至有些过于规整,落笔效果像印刷一样。

【1心动周期】

“一次收缩和舒张构成一个心动周期,但整个周期非常精密,时间血量卡的很死,稍微出现误差,轻则疾病,重则致命。”

“下面的数据我们都采用每分钟75次心跳为例。”

“首先是心室收缩期,第一阶段为等容收缩期,持续005秒,室内压超过房内压,房室瓣关闭阻止血液倒流入心房,此时室内压比主动脉压低,所以半月瓣也关闭,心室短暂成为一个封闭腔。”

“目前有一些大公司在尝试做动物心脏实验,一上来到心室收缩期就出问题,这005秒的封闭腔死活无法有规律地封闭。”

谢科夫说着,用红色马克笔画圈,圈出技术难点。

“射血期,室内压升到超过主动脉压,半月瓣开放,但事情没有这么简单,又分为快速射血期和减慢射血期两阶段,分别持续01秒和015秒,前者心室射出血液量占总射血量的三分之二,后者室内压已经再次低于主动脉压,是靠动能惯性逆压力梯度流入主动脉。”

“心脏收缩过程结束了,接下来是心室舒张期。”

“首先是006秒至008秒的等容舒张期,主动脉血液反流关闭半月瓣,室内压让房室瓣关闭,于是此刻又出现了短暂的封闭腔状态。”

“同样,和刚刚讲的005秒等容收缩期封闭状态一样,人造心这里的封闭也是难点,会有各种问题出现,稍后细讲。”

“最后心室充盈期,又分为011秒的快速充盈期、022秒的减慢充盈期和01秒的心房收缩期。”

“我这里只讲了左心室的变化,右心室的变化幅度要小得多,因为肺动脉压只有主动脉压的六分之一左右,做的时候还得注意差别。”

“整个过程,时间和血流量很难把握精确,从动物实验来看,跳动节奏不精确的生物心脏,甚至还不如匀速泵血的金属心脏耐用,这也是目前医学上大多用金属心脏的原因之一。”

谢科夫再度书写。

【2心输出量】

“心输出量又分两组概念,每搏输出量和射血分数,以及心输出量和心指数,基本概念我就不重复了。”

“但心输出量也必须控制适度,年轻人和老人、男人和女人、胖子和瘦子、高个头矮个头都有差异,甚至还要考虑耗氧量和能量代谢水平,这又要考虑海拔和饮食习惯。”

“不同海拔不同地域的氧气浓度不同,对心脏的要求也截然不同,如果是健康人,上高原下高原还能逐渐自我调节,但人造心如果一开始做不精确,至少动物实验显示会有大麻烦,最恶劣的案例甚至活不过12小时。”

“所以必须建立一个数学模型,把所有因素都考虑进去,生成一颗心输出量适宜的人造心,才能让病人平安度过心脏移植的愈合阶段。”

【3泵血储备】谢科夫再写。

“正常的健康成年人,剧烈运动时的心输出量可以到每分钟三十升,静止不动时则是每分钟五升,六倍的差距,这个就叫泵血储备。”

“泵血储备主要由两方面决定,分别是搏出量储备和心率储备。”

“搏出量储备主要靠心脏收缩扩张的幅度,比如左心室在安静时55毫升到125毫升,剧烈运动时50到140毫升,差距就出来了。”

“心率储备就是剧烈运动的心跳达到静息的2到25倍。”

“同行们做的动物心脏,普遍面临泵血储备不足的情况,一方面目前的生物人造心很难发生较大的形变而不受损,搏出量储备就差。”

“另一方面过于快速的形变,也容易导致前面我说的两个封闭阶段出问题,甚至直接产生严重的细胞撕裂,导致心脏直接解体!”

谢科夫再度把黑色马克笔换成红色,在技术难点上画红圈。

【4血流动力学】

“接下来是关于血管的难题。”谢科夫道。

“泊肃叶定律公式大家肯定记得,血液属于粘滞性流体,在刚性管道内稳定流动时可以直接用泊肃叶定律计算,但实际上血管有弹性,来回收缩扩张,而且随着人的运动,每次收缩扩张的幅度都不一样,实际血流状态会复杂的多。”

“也就是说,由简单的层流变为复杂的湍流!”

“由雷诺数公式我们可以判断出,血流快、血管大、血液粘滞低的状况下湍流会频发,所以恰恰是心室脉和主动脉的湍流多,这对人造心的稳定也是巨大考验。”

“现有技术造出的动物人造心都会出现大量的特征性杂音,这种特征性杂音是正常健康心脏里极少有的,意味着心脏不够正常耐用,埋着巨大隐患!”

【5心脏神经】

“这也是一个巨大技术难点,目前为止全世界还没有像样的解决方案,但神经部分恰恰又是和机械心脏能拉开差距的地方!”

“如果神经部分能做好了,对身体健康起到的效果要远远强于呆板的机械心脏,但如果做不好,则生物人造心依旧不如机械心。”

“心交感神经和心迷走神经是主要神经,如何让神经重新连接支配心脏是个难点,也是心脏移植手术的关注点之一,尽早恢复神经和心脏的有效连接,才能实现移植心脏彻底融为一体。”

【6体液调节】

“这一部分也是非常非常复杂,光是心血管活性多肽目前发现的就有近40种,比如心房利尿钠肽、尾升压素、降钙素基因肽等等,未发现的可能还有更多!”

“加上各种激素、活性物质、酶、气体信号分子随着血液循环往复进出心脏,必须确保心脏细胞对这些成分的反应在合理范围内,否则很容易导致人体系统失衡,酿成疾病!”

【7心病】

“尝试做生物型人造心的团队不止我们一个,有太多前辈努力过,最终出现了一些比较集中的失败,就是心病!”

“造出来的心脏看似完美,跳起来也像那么回事,但移植到动物体内仔细检查后,发现各种奇奇怪怪的毛病都出来了,相当于造了一颗病心脏给患者移植。”

“技术比较差劲的团队,做出来的心脏出现常见的二尖瓣狭窄、二尖瓣关闭不全、主动脉瓣狭窄、主动脉瓣关闭不全、房间隔缺损、法洛四联症,也是普通人心脏常见的问题,但在制造过程中属于较大尺寸误差导致的低级问题,咱们多试一试应该可以避免。”

“技术较好的团队,可以把心脏形状做的误差极低,但又会出现一些其他病,比如限制型心肌病、围生期心肌病、弥漫性间质性心肌炎、转发性巨细胞心肌炎和莫名其妙的原发性心脏肿瘤。”

“这些病本身在临床上就原因不明,造人工心时出现的频率更高了,我们暂时不知道怎么避免,除非我们先搞明白这些病的病因,目前医学上还没有定论。”

【8基因】

谢科夫已经累了,气喘吁吁。

“最后一个问题,我不知道具体难度,因为没多少前辈试过。”

“为了避免免疫排斥,我们的做法是从动物或患者身上取细胞,用动物和患者的原装基因去重新做心脏各种细胞。”

“但这又会在部分患者身上出现问题,因为有些心脏病本身就和基因缺陷高度相关,比如扩张型心肌病、肥厚型心肌病、致心率失常性右室心肌病等等。”

“那么我们用患者本身的基因做心脏,做出来的心脏又会面临各种心脏病风险,所以最直接的办法似乎就是修改基因,但修改人类基因是极大的禁区和风险,因为太多基因是牵一发而动全身,可能把心脏病相关的基因给改了,别的地方又出现问题。”

“好!目前现状大概就这样!”谢科夫累得不行,“我黑板上列的这些问题都解决,一切顺利没遇到其他意外的话,我们基本上就能得到一颗完美无瑕的人造心!”