BiVACOR钛金属心脏（图片来源：BiVACOR）
去年11月，经过6个小时的手术，医生成功给一位来自澳大利亚、四十多岁的男性心力衰竭患者植入了一颗钛金属心脏——他是世界上第六位植入这种钛金属心脏的人。
今年2月，带着体内的这颗钛金属心脏，他出院了，在一处住宅里过着相对正常的生活。又过了一个月后，他等到了与自己相匹配的捐赠心脏，替换了陪伴他超过三个月的钛金属心脏。
至此，这颗钛金属心脏已经在他体内工作了100天以上，一直维持着他的生命。他也成为了目前为止带着这种钛金属心脏，生活时间最长的人。
这种人工制造的钛金属心脏叫做BiVACOR，由一家同名的医疗器械公司研发。钛金属心脏采用了与磁悬浮列车相同原理的磁悬浮技术，其独特的泵设计只有一个运动部件：一个磁悬浮双面转子，左右叶片分别位于两个独立的泵腔内，形成一个双面离心叶轮，将血液从各自的泵腔推进肺循环和体循环。
2023年，BiVACOR获得美国食品与药品管理局（FDA）的批准，可用于人体试验。2024年7月，一名患有终末期心力衰竭的57岁男子在美国贝勒医学院成功植入了BiVACOR人工心脏，也成为了首位植入BiVACOR的人类患者，随后又有多名患者接受了手术。随后，BiVACOR再次获得FDA授权，将研究扩大到15名患者。
探索人工心脏的漫长历史
事实上，给人类植入人工心脏的想法，由来以久。
作为人体最重要的器官之一，心脏将血液输送到身体的各个器官，保证各器官功能的正常运行。而心血管疾病也是人类最常见和致命的疾病之一，仅在美国和欧洲，每年就有约2000万人患有心力衰竭。尽管市面上有许多治疗心脏疾病的药物，但一旦疾病发展到一定阶段，药物就无能为力了。这时，患者唯一的选择，大概是等待心脏移植。然而，每年可供移植的心脏数量，远远少于心脏移植的需求量，大量的患者只能在绝望中死去。
早在1812年，就有科学家提出通过外部设备替代心脏，维持人体循环系统的理论。20世纪20年代，美国著名飞行员，同时也是一位发明家的查尔斯·奥古斯都·林德伯格（Charles Augustus Lindbergh）联合诺贝尔奖生理学或医学奖得主、法国外科医生亚历克西·卡雷尔（Alexis Carrel）经过多次尝试和失败后，创造出了一种“体外人工心脏”装置。这种装置类似外置的血泵，它连接到人体内取出的肾脏、甲状腺等器官后，能保证它们的血液循环，可以让研究者在体外观察这些器官的工作状态。
查尔斯·奥古斯都·林德伯格（图片来源：Harris & Ewing - Public Domain）
这样的装置也激发了后来的科学家制造出了能完全替代心脏泵血功能的“全人工心脏”（total artificial heart）。弗拉基米尔·杰米霍（Vladimir Demikho）便是这个领域的先驱。1937年，他发明出了一种全人工心脏装置，该装置由两个泵组成，彼此相邻，并由外部的电机驱动。他将该装置移植到了一只狗的身上，手术后，这只狗成功存活了5.5小时。随后，他又进行了多次类似的试验。
在这一时期，医院里心肺转流术（cardiopulmonary bypass）和涉及心脏的开胸术的日益增加，这让外科医生和其他研究者加紧了对全人工心脏的探索。1957年，美国克利夫兰诊所（Cleveland Clinic）的阿久津泽三（音译，Tetsuzo Akutsu）和威廉·科尔夫（Willem Kolff）——请记住这个名字，待会还会出现——首次在动物体内植入了他们研制的全人工心脏（之前杰米霍开发的全人工心脏是体外装置），该装置是由聚氯乙烯制成的气动泵，将其植入狗的体内后，狗成功存活了90分钟。1965年，同一研究团队又开发出了一种一体式四腔人工心脏，可以支持小牛血液循环超过一天。此外，同一时期也有一些其他研究团队进行了类似的尝试。
人体移植
一般认为，首例人类“全人工心脏”移植手术发生于1969年。
这一年3月份，一位47岁、心脏受损的男子和家人找到美国医生登顿·库利（Denton Cooley）的团队，希望他们能通过手术一定程度上修复男子的心脏，暂时延长他的性命。这名患者有着10年心脏病史，此时已经近乎丧失了行动能力，而他一直没有等到匹配的心脏以完成心脏移植。库利团队高超的医术或许给他带来了一丝丝希望。
而当时，库利和同事多明戈·廖塔（Domingo Liotta）正好在开发一种新的全人工心脏，虽然还存在许多需要改进的地方，但这位47岁的患者同意了如果修复心脏的手术失败，可以为他移植全人工心脏。
同年4月4日，手术开始。但在手术过程中，库利团队发现发现患者的心脏已经严重受损，无法支持血液循环。于是，他们最终决定为患者植入人工心脏。手术后，患者清醒了过来，在接下来的24小时内状况病情似乎有所好转。然而，很快他便出现了溶血和肾功能恶化的情况，库利团队只能紧急为这位患者寻找合适的人类心脏供体。
他们疯狂地寻找心脏捐献者。最后，他们接到电话，在另一个城市找到了合适的捐献者，两名医生乘飞机护送捐献者飞速跨越近3000公里，从波斯顿赶往休斯顿，但途中仍然经历了一些小波折，耽误了一些时间。最终，团队在患者植入了全人工心脏64小时后，又为他移植了另一颗人类的心脏。然而，移植完成32小时后，患者死于严重的假单胞菌肺炎。尽管此次全人工心脏的移植并未成功，但这也让库利和更多研究者意识到，使用人工装置维持人体的循环系统，是有希望的。
更多发展
随后十数年，全人工心脏相关研究和尝试，又有了许多新的进展。
上文提到的威廉·科尔夫，在离开克利夫兰诊所后，到了犹他大学工作。在那里，他遇到了罗伯特·亚尔维克（Robert Jarvik）——一位在生物力学领域冉冉升起的研究新星，并雇佣他加入了自己人工器官的研究团队中。而亚尔维克没有辜负科尔夫的期望，他们成功研制出了一种人工心脏，科尔夫以亚尔维克的名字将其命名为Jarvik 7。
Jarvik 7原型（图片来源：Votpuske - CC BY 4.0）
1982年，犹他大学的外科医生成功将Jarvik 7植入到了一位61岁的病人体内，这位患者成功存活了112天。随后，第二名患者接受了移植，存活了620天。接着又有三名患者接受移植，其中一人死于失血过多，另外两人分别存活了10个月和14个月。基本上，最终所有患者都死于不同的并发症，如多器官衰竭、中风和感染等等。但总体来说，接受Jarvik 7移植的患者存活时间已经显著高于此前的全人工心脏装置。不过Jarvik 7仍然有明显的缺点，它需要连接一个外部的“大型气动控制台”，还需要一个冰箱大小的外置电源，因此患者得一直呆在医院接受治疗。
新世纪的希望
而进入21世纪后，相关技术又有了更多的发展，更多等待心脏移植的患者，接受了全人工心脏的移植来暂时维持生命。市面上较为主要的有“SynCardia temporary”全人工心脏。临床试验表明，接受了“SynCardia temporary”移植的患者，存活率显著高于没有接受移植的对照组。
SynCardia的产品（图片来源：SynCardia）
另一种较有名的产品叫AbioCor全人工心脏，这是第一个“独立的体内人工心脏”，它不需要任何皮下连接，病人不再需要“通过穿透皮肤表面的管道或电线连接外部空气泵”。AbioCor全人工心脏重约1千克，装置包括两个人工心室和相应的瓣膜，还有一个由电机驱动的液压泵，可以模拟人类的心跳。其电池可以通过外部电源持续充电。
AbioCor全人工心脏的设计（图片来源：Abiomed）
而最新的BiVACOR全人工心脏则代表着人工心脏设计模式的转变，相比于以前的全人工心脏，BiVACOR只有一个电机和一个磁悬浮转子，可同时向身体和肺部泵送血液。它没有阀门，没有弯曲的心室腔或泵膜片，也没有机械轴承，因此消除了泵内的机械磨损。泵由钛制成，具有高生物相容性、耐腐蚀性和强度。泵的运行由智能控制器驱动，可适应患者活动和心输出量需求的变化，能够提供超过每分钟12升的血流量，足以满足成年男性运动时的心输出量需求。且体积小，适合大多数男性和女性，提高了患者的移动性和行动自由度。
图片来源：BiVACOR
也不知以后，类似BiVACOR这样的钛金属心脏能否完全长期替代心脏的功能，让心力衰竭患者不再需要等待人类心脏供体的移植。
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-025-00782-0
https://bivacor.com/#home
https://www.businesswire.com/news/home/20241218188149/en/BiVACOR-Total-Artificial-Heart-Successfully-Implanted-in-Five-Patients-as-Part-of-FDA-Early-Feasibility-Study-FDA-Greenlights-Expansion-of-the-EFS
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK234425/
https://www.cardiologyres.org/index.php/Cardiologyres/article/view/354/373
https://www.nature.com/articles/nm0103-108
https://www.jcvaonline.com/article/S1053-0770(11)00041-3/abstract
https://www.cdc.gov/heart-disease/data-research/facts-stats/?CDC_AAref_Val=https://www.cdc.gov/heartdisease/facts.htm
https://www.syncardia.com/about-us.html
https://www.abiomed.com/en-us/products-and-services/impella/smartassist-technology
https://www.scientificamerican.com/article/artificial-heart/
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