人工心脏artificial heart系人工器官之一。用于取代无法治疗的病损心脏，以补偿其生理功能。国外相继给病人移植人工心脏已获得成功，最长存活时间已达600余天。用人工心脏移植可解决器官来源困难，避免移植后免疫排斥反应。我国人工心脏已在模拟装置、动物实验等方面做了大量工作，取得了一定的进展。 人工心脏artificial heart亦称全人工心脏。系一种在解剖和生理上完全可以代替自然心脏的机械装置。在自然心脏失去功能时，可利用它抢救生命。一般包括能源、能量转换、驱动、血泵和控制系统。可分两大类，一类是部分部件在体外；另一类是整套机械均安置于体内。目前，人工心脏尚处于研究实验阶段。 人工心脏 人工心脏人工心脏是推动血液循环从而在功能上完全代替或部分代替自然心脏的用人工材料制造的机械心脏。在自然心脏因病伤丧失功能的情况下，可通过植入人工心脏，暂时辅助或永久代替自然病损心脏，推动血液循环。
人工心脏代替自然心脏的研究是Koff和Akutsu(1957，美)创始的。当时对狗进行人工心脏植入试验，仅存活数小时。此后各种类型人工心脏的实验研究相继开展，使用的动物有小牛、羊、狗等。近年来，由于加强了人工心脏基础理论及材料等方面的研究，人工心脏实验动物存活期显著延长。许多国家从事这方面的研究，辅助人工心脏早已在许多国家用于临床。美国Deton A.Cooley首先将全人工心脏用于临床(1969)，作为心脏移植前的一项过渡急救措施。美国William Devries首次(1982)给人做了永久型人工心脏植换术。此后，瑞典医生全人工心脏置换术也获得了成功(1985)。我国近年来也开展了人工心脏的研究，在人工心脏的血泵、驱动监测系统，以及动物实验等方面取得了进展。
人工心脏分为全人工心脏及辅助人工心脏两种。代替全部自然心脏功能的人工心脏称为全人工心脏。代替自然心脏心室部分功能的人工心脏称为辅助人工心脏或称心室辅助装置。辅助左心室功能的称为左心室辅助装置(LVAD)，辅助右心室功能的称为右心室辅助装置(RV-AD)，辅助双心室功能的称为双心室辅助装置(BVAD)。人工心脏（包括全人工心脏及辅助人工心脏）基本上是由血泵、驱动装置、监测系统及能源四个部分组成。
人工心脏血泵 血泵有多种形式，从原理结构上大体可分膜式血泵、囊式血泵、管型血泵、摆型血泵、螺型血泵五种，后三类血泵因血液动力学效果不好，现已很少使用。膜式和囊式血泵的基本构造是由各自分立的血液流入道、血液流出道、人工心脏瓣膜、血泵外壳和其中包藏的弹性驱动膜或高分子材料制成的弹性内囊组成。由气动、液动、电磁或机械力等驱动工作。
血泵内囊或驱动膜的取材，要具有良好的血液相容性及组织相容性，即抗凝血性好，能防止血栓形成，不引起溶血，不致癌，不致敏，不致畸变，不引起机体不良反应，而且有良好的耐挠曲性和机械强度。目前制造血泵中常用的高分子材料有硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚甲基丙烯酸聚合物、聚四氟乙烯、高分子复合材料、生物高分子材料和聚烯羟橡胶等。为了提高高分子材料的抗凝血性质，人们采用了高分子材料表面肝素化，天然橡胶混入肝素，负电荷法，降低表面自由能，白蛋白或明胶涂层，生物材料衬里以及使血泵符合流体力学要求等方法，减少涡流和湍流的形成。
人工心脏血泵的设计要适应不同实验动物的机体需要，满足自然心脏生理参数的要求。
人工心脏瓣膜 是控制人工心脏血流的定向阀。人工心脏功能的好坏与瓣膜的构造有密切关系。早期阶段用球瓣，现在常用的有碟型瓣、机械瓣如Bj⍥rk-shiley及生
物瓣。各种瓣膜都有它的优缺点，可根据不同类型的人工心脏选用。
人工心脏驱动系统 它的作用是提供人工心脏血泵工作的动能。其形式可分为机械、电动、磁力、气压、液压五种。气压式驱动装置又可分闭锁式或开放式两种。前者利用活塞泵，在闭锁回路中定时定量产生压力变化，驱动泵体工作；后者利用压缩空气，通过电磁阀或射流元件调节驱动气体，产生正、负压力，驱动泵体工作。近年来在人工心脏动物长期存活的实验中，多数是采用电控气动驱动装置驱动血泵工作，它是通过调节正、负压力，及变换驱动频率和S/D比值，来调节心率、心搏出量、血压波形等生理指标，使之适合于人工心脏实验动物机体的需要。当前气动驱动系统体积庞大，很难满足全植入型人工心脏的需要，而电动驱动人工心脏血泵越来越被重视。
人工心脏监控系统 作用是监控人工心脏工作状态，使之适应实验动物循环生理的需要，是保障人工心脏植入实验动物使之长期存活的重要条件。监控系统基本上是从血泵功能、驱动装置各项指标及血液循环生理参数变化三个方面进行监控，这些都是直接影响人工心脏的排血量，压力波形，动、静脉血压，全身循环血量的分布以及脏器血液灌流的重要因素。它控制调节人工心脏按starling法则进行工作，使流入道回血量与流出道动脉搏出量相平衡，使人工心脏尽可能达到与自然心脏功能相近似的程度。
实现人工心脏自动控制有多种途径，其基本方法是提取生物信息，通过换能装置，再经电子计算机信息处理，实现生物反馈，控制人工心脏工作。其中生物信息的提取有三种方案：
❶根据starling定律，通过测定静脉回流血量提取静脉压力信息，控制人工心脏排出量；
❷根据交感神经、迷走神经、颈动脉窦的神经信息控制人工心脏；
❸根据激素水平（去甲肾上腺素等） 及血内PO2、PCO2值控制人工心脏的排血量。
人工心脏的能源 人工心脏依靠外加能源推动血液循环。考虑到能量传递损失因素，人工心脏耗功约在20～25W左右。能满足这种功率条件，做到全置入体内、长期使用的能源，目前尚未完全解决。体外常用的能源有下列几种：
❶交流电源：体外使用或经传输线或用经皮变压器与体内人工心脏耦合供电；
❷电池： 其中包括Ni-Cd电池、Ag-En电池、Ag-Cd电池、Lead-Acid电池等；
❸放射性核素能源： 包括α射线体能源，如208po、238pu、244Cm等；β射线体能源，如171Tm、14C、45Ca、63Ni、147Pm、161Sm等。其中以238Pu原子能电池最有希望，100g238Pu原子能电池，输出50W功率，可用5～10年； 但价格昂贵，植入体内还有许多问题待解决；
❹生物能源：如已有利用食物、肌力或生物电等能源推动人工心脏的设想，但功率相差太远，目前尚无实用价值。
人工心脏的植入 (1)动物选择：供人工心脏实验的动物主要有小牛和羊两种。美国，联邦德国创造了人工心脏小牛长期存活的好成绩。但随着小牛长期存活身体的成长，置入的人工心脏就满足不了机体成长后循环生理需要，易导致人工心脏功能不全。日本使用成年羊做为人工心脏研究的实验动物也获得了长期存活的好成绩。成年羊对手术的耐受性虽不如小牛，但因其发育成熟，动物虽长期存活，但心血管生理参数稳定，变化不大，置入的人工心脏容易适应动物长期存活的需要。此外，也有用狗进行人工心脏实验的。
(2) 人工心脏植入方式：人工心脏置入动物体内，大致可分为两种植入方式。
❶自然心脏切除置入法： 这种方法仅限于全人工心脏植入时使用。植入时有两种切除心脏的手术方法，其一是切除自然心脏的心室，保留心房，将人工心脏的流入道分别与左、右心房连接，人工心脏流出道分别与大动脉、肺动脉吻合；其二是保留左心房，其余心脏全部切除，然后将人工心脏流入道分别与腔静脉及左心房连接，人工心脏流出道与大动脉及肺动脉连接；
❷自然心脏保留植入法： 这种方法多在置入心室辅助循环装置时使用。常用的辅助人工心脏连接法有下列几种形式，即左心房→人工心脏血泵→主动脉相连；左心室→人工心脏血泵→主动脉相连； 在用双心室辅助循环装置时，人工心脏可与自然心脏并联，即人工心脏流入道与自然心脏左右心房相连，人工心脏流出道与自然心脏主动脉及肺动脉相连。
(3) 手术后监测：人工心脏植入后，须进行严密监测，这是延长动物存活期的重要条件。监测分连续监测与间歇监测两种，常用的监测指标包括：
❶连续监测指标，如心率、心搏出量、心室压力、心房压力、驱动气压。
❷间歇测定指标，如体温、呼吸数、尿量、体重、血PO2和PCO2，血pH值、血液监测(红细胞、白细胞、血红蛋白、血小板、网织红细胞、凝血酶原活动度、出血、凝血时间等)，血液化学监测(SGOT、SGPT、磷酸酶、LDH、胆红素、总蛋白、白蛋白与球蛋白比率、各类血清蛋白、残余氮、钾、钠、氯、钙等)。
连续监测指标对判断人工心脏功能，调整给药、输液量及做各种应急处理是必不可少的手段。在间歇监测指标中，如体温、呼吸、心率、尿量等应每天定时检查，而其他项目术后1～2天也需每天检查，手术两周后的动物，可改为每周检查1～2次，长期存活的动物可酌情减少检查次数，但要进行定量的运动负荷试验。
(4) 死亡原因及存在的问题：存活1个月以内的动物死亡原因，多数是由于出血、凝血、血液损伤、肾功能损害或肺功能不全所致。存活1个月以上的死因多为血栓形成或人工心脏装置故障，血泵材料损坏等所致。常见的致死因素有：
❶血栓形成：人工心脏血泵与导管结合部血栓形成，造成动物栓塞致死，是急待解决的问题。长期存活动物的死因多数由于凝血或组织增生，造成管路狭窄、闭塞或人工心脏内血栓形成，栓子脱落可引起全身各部位栓塞，严重者可导致死亡；
❷装置机械故障： 如血泵推动膜或内囊破裂，人工心脏瓣膜损坏，或人工心脏机械装置发生故障导致死亡。故在人工心脏系统中，必须考虑到安全报警装置，以防事故发生；
❸心功能不全： 多数存活时间较长的实验动物，死亡后解剖发现有肝肿大、胸水、腹水和浮肿，这些都是人工心脏功能不全的表现。多数认为引起这种变化是因人工心脏植入手术时造成心房狭窄、变形，人工心脏瓣膜功能不全，或自然心脏与人工心脏工作失调，以及人工心脏植入后造成静脉被压，搏出血量与回血量失衡所致；
❹低心排出量： 在人工心脏植入初期，血泵各项功能指标符合动物当时机体的需要，但随着动物身体的生长，全身循环血量也相应增加，人工心脏功能不能满足机体增长后的需要，而出现低心排出量。这是长期存活实验小牛死亡的最重要因素； 在使用成年羊做人工心脏置换时可避免这个因素。此外，如感染及植入人工心脏后造成的静脉回流障碍导致中心静脉压升高等也影响动物存活。
研究人工心脏的目的是企图用人工心脏暂时或永久代替有病的自然心脏，挽救心脏病人的生命。自1957年开始进行人工心脏研究以来，辅助人工心脏已成为临床救治严重心脏病的有效手段； 全人工心脏也开始了临床用的新纪元。但尚有许多问题有待解决，需今后进行长期研究和完善。 ☚ 人工器官 人工心脏瓣膜 ☛ 人工心脏mechanical heart |