人体主要人工内器官概述

覃韬

摘 要：本文按照人体系统划分，分别对心血管系统、呼吸系统、泌尿系统、消化系统中的人工心脏、人工肾、人工肺、人工肝等人工器官进行介绍。

关键词：器官移植;人工心脏;人工肺;人工肾;人工肝

人工器官是生物材料、外科医学、生物工程学、医学仪器共同发展结果。鉴于如今临床上对器官移植需求量迅速增长的形式，而人体的同种移植来源又相当有限，同时器官移植仍存在很多问题，以至于每年有大量器官、器件和组织缺损的患者不能得到及时治疗，因此大力发展人工器官将是未来发展的必然趋势。

一、心血管系统人工器官

心血管系统是将氧、各种营养物质供给器官和组织，并将组织代谢的废物，如二氧化碳、尿素、尿酸等运送到排泄器官，同时把内分泌器官所分泌的特殊代谢产物，如激素等通过血液循环输送到身体的其他部分，借以调节有机体生长发育的系统。心血管系统人工器官主要包括人工心瓣、人工心脏辅助、全人工心脏等。

（一）人工心瓣

人工心瓣是指用人造材料或者生物组织材料加工而成的可以用来代替病损心脏瓣膜功能的人工器件。当天然心瓣发生狭窄或畸形、不能开启、闭锁不全、钙化等故障或病症，而不能很好地完成单向止逆阀的功能时，便需要更换人工替代物，代行天然心瓣的功能。人工心瓣按材料可以分为生物瓣与机械瓣。

人工机械瓣可分为四大类：笼球瓣、笼碟瓣、斜碟瓣、双叶瓣。几乎所有的人工机械心瓣都是由瓣环、瓣架和阻塞体三个部分组成。其中瓣环用于固定瓣架和安装缝合环的环体;瓣架用于支撑阻塞体和限制阻塞体的位置及运动距离;阻塞体相当于天然心瓣的瓣叶，起单向阀的作用。机械瓣主要问题是组织相容、血液相容性的问题始终存在，将会导致凝血和血栓。生物瓣主要指用来自生物体的材料，制成代替天然心瓣行使单向止逆阀功能的装置，又可分为同种生物瓣和异种生物瓣。生物瓣改善了机械瓣存在的一些基本问题，如：抗感染能力更强，血相容性好，血栓率低;中心流型，血流状态接近天然心瓣的状态。然而由于组织破损等退化性变化，易使生物瓣发生营养不良性钙化。

（二）人工心脏辅助

人工心脏辅助（VAD）作为人工心脏的初步，又可称为机械循环支持系统。全人工心脏辅助主要有两类，即IABP（主动脉内气囊反博）和LVAD（左心室辅助）。IABP用于抢救心肌缺血性心脏病和心源性休克病人，在病人尚有血压维持时，用机械法将外界能量引入循环系统，以支持病人的血液循环。主要操作是将一根带有气囊的导管插入主动脉，配合病人心脏的收缩与舒张进行抽吸与加压，帮助心脏工作。倘若病人血压已经不能维持，使用LVAD能有效减轻左心室的前负担，可更好的改善冠脉灌注及其它动脉灌注。LVAD由工作部分、驱动部分、控制装置组成，其中心部分是各种各样的泵。

（三）全人工心脏

全人工心脏由两个泵组成，分别替代天然心脏中的左右心室的博出功能，以此完成体循环和肺循环，以AbioCor为例，金属钛的心脏本体取代患者心脏的左右心室，微型锂电池和控制系统植入患者的腹腔，外接电池安装在腹部表皮下的插座向植入的微型锂电池充电。

二、呼吸系统人工器官——人工肺

人工肺是一种代替人体肺排出二氧化碳、摄取氧气，进行气体交换的人造装置，以工作原理可以分为直接接触式和间接接触式，其中间接接触式血气不接触，避免了血细胞的破坏和蛋白质变性，减少了气栓的形成，现已逐步取代了直接接触式。随着技术的发展，人工肺在临床上已有了种种应用，下面介绍以下几种。

（一）CPB（心肺旁路）

心肺旁路期间，血液绕过心脏和肺，为心脏手术提供安静干爽的手术野。CPB的回路由氧合器、血泵、插管与管道、血液回收器、过滤器、热交换器、控制系统组成。血泵和机械泵分别替代天然心和肺的功能，血液从腔静脉通过引流旁路导管抽出，在体外血液获得氧和排出二氧化碳，氧合后重新通过导管从主动脉弓回到体循环。

（二）ECMO（体外膜式氧合）和ECCOR（体外CO2排除法）

ECMO将60%-80%的心输出量引入四肢颈部等处的血管，在体外的回路中进行膜式氧合，而后将血送回体内，从而完成体外加氧和排出CO2。此方法对血液有较大破坏，容易引发血栓问题，需定时定量加入肝素抗凝。ECCOR在体外排除二氧化碳，用病人自身的肺给血液加氧，其处理血量降低为20%-30%。

（三）IVOX（静脉血管内氧合器或植入式人工肺）

IVOX是一种新型模式人工肺，不需附加体外循环回路，通过外科术将其植入人体的上下腔静脉中，利用人体自身的循环系统工作。有比体外膜肺更长的使用时间，通常作为肺衰竭病人在肺移植前的一種过渡措施。据报道IVOX的植入时间可以达到29天。

三、泌尿系统人工器官——人工肾

人工肾是基于半透膜原理所构建的一种能过滤清除血液毒素的装置。根据半透膜原理，患者血液和透析液被透析膜的两侧反方向流动，利用浓度差和渗透压进行扩散和渗透，从而清除血液中代谢废物和有毒物质，调节血液中的物质平衡、酸碱平衡。如今，临床上使用的多是中空纤维型透析器，此设备将10000根左右的中空纤维透析管嵌入聚氨酯罐中以保持纤维的位置并进行密封，具有体积小、小型化、轻量化的特点;透析面积大，可达2.5m2，超滤脱水和透析效率高。血液透析过滤很好的提供了肾脏的清除滤过功能，但却不能行使天然心脏的自我平衡、代谢调节和内分泌功能。

四、消化系统人工器官——人工肝

人工肝又称人工肝支持系统，它借助体外机械、化学或生物性装置，暂时或部分替代肝脏功能。通过人工肝支持，重型肝炎或肝衰竭的病人肝细胞得以再生，使可逆性肝损伤患者肝功能得到恢复;人工肝可协助治疗肝移植后的最初无功能状态，是重型肝炎肝移植的桥梁;还可作为肝脏特殊或应激情况下的辅助治疗手段。按照人工肝组成及性质可分为非生物型人工肝，生物型人工肝及组合型生物人工肝。由于肝衰竭患者血浆中毒性物质对体外的肝细胞有损害，因此一般先用血浆置换去除患者血浆中的部分毒性物质，再与反应器中的肝细胞进行物质交换，这种将非生物型人工肝与生物型人工肝结合的装置即为组合型生物人工肝。由于其具有更高的效能，组合型生物人工肝已成为未来的发展趋势。

参考文献

[1]李恩中，曹河圻，杜生明：生物医学工程：一个发展迅速值得关注的交叉学科[J].中国科学基金，2006，20（3）.

[2]郑昌琼、裴觉民主编：生物医学工程学，四川大学，2000（11）

[3]迈克尔·M·多马克：生物医学工程概论，西安交通大学出版社，2010（3）