人工心脏肌肉技术

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1、人工心脏肌肉技术杨(上海交通大学，明上海200240)摘要：心脏肌肉功能减弱或完全无法工作是危害人体生命健康的重大疾病。人工心脏肌肉有替代坏死的自然心脏肌肉，恢复心脏功能的潜能。本文讨论了基于组织工程和智能材料的性能及其与自然心脏肌肉的比较，重点介绍了在研制基于形状记忆合金和离子聚合金属合成物人工心肼肌肉方面，人们所作的努力。关键词：人工肌肉；形状记忆合金；离子聚合金属0引言当心肌梗死发生时，冠状动脉内的凝块阻止了心肌供血，导致了这个区域内的心肌坏死。坏死的心肌失去收缩能力，剩余的心肌需要补偿坏死的部分，但坏死部分却不能再生。心脏病和滤过性病毒所引起的疾病都能使心脏肌肉功能减弱和泵血最减

2、少。但此时，心脏仍然有足够的能量去维持生命，只是不能在运动的时候提供足够的血输出量。当心脏肌肉的功能减弱或完全无法工作时，唯一的方法就是做心脏移植手术。但足全世界每年捐赠出来的自然心脏数目非常有限，很多患者都失去了生存的机会[1】。因此，人们一直都希望能够研究出能够代替心脏功能的人工心脏，或人工心脏肌肉替代坏死的心肌。人工心脏是用机械或生物机械的手段部分或全部替代心脏的泵功能，维持全身血液循环功能的治疗方法，但是这种方法目前也存在有很多问题。第一，快速旋转的叶轮会破坏红细胞并会引起血栓；第二，为了防止人体对血泵的排斥性，必须服用的大量抗凝的药物，而这些药物会降低人体的免疫性。为避免与血液

3、接触引起的生物兼容性问题，人们也一直在研究人工心脏肌肉。期望利用人工心脏肌肉裹在心脏外侧替代心肌坏死部分，通过心脏按摩的办法，帮助衰弱的心脏恢复功能【2】。这种基于人Z,b脏肌肉的方法具有非常诱人的前景，是目前国际上研究热点之一，尤其是在组织工程方面13J。本文主要讨论人工心脏肌肉技术。1人工心脏肌肉的原理和分类人工心脏肌肉是一种跟自然心脏肌肉具有相似特性的人工材料，它和自然心脏肌肉一样具有弹性和刚性，并能在外界的刺激下，产生伸缩、弯曲等多种形式的力学响应。根据材料制作方法的区别，人工心脏肌肉主要有两类，一类是利用组织工程的方法制作人工心脏肌肉：另一类是利用智能材料对外界刺激的反应。1．

4、1组织工程方法组织工程是利用生命科学和工程学的原理，将自体活细胞种植于支架上，自体细胞在支架上生长并产生细胞外基质，逐渐对原来的支架进行改建，最终形成人工心脏肌肉。图l所示是密西根大学人工心脏实验室研制的人工心脏肌肉【4

5、。这种人工心脏肌肉利用老鼠心脏细胞生长在血纤．221．进一步的改进，在治愈心脏病方面早晚会起到作用。也许最好的人工心脏肌肉可能是一种生物、化学类的动作器。它不仅能模仿心脏的功能，更能模仿心脏的致动机理。也许合适的人工心脏肌肉材料的致动机理并不是一种，它可能是两种或更多种方法。但是不管怎样，探索与开发合适的人工心脏肌肉，仍然是一件艰巨且富有挑战性的任务，还有很多工作要做。

6、参考资料[1】尹邦良．人工心脏的历史与研究现状．中国医师杂志，2002，(7)：679．680．[2]杨明，臧旺福．直接心室辅助致动方法的现状与发展，2008，(3)：37-41．[31DhanjooN．Ghista，EddieYin-KweeNg，CardiacPerfusionandPumpingEngineering，WorldScientific，2007[4】http：／／www．sitemaker．umich．edu／ahl[51董静，杨明，郑酷俊．人工肌肉及其在直接心脏辅助装置中的应用前景，生物医学工程学杂志，2008，(12)，待发表．[6】6Hunter，IanW，La

7、fontaine，etal；Acomparisonofmusclewithartificialactuators．Solid．StateSensorsandActuatorsWorkshop，1992，5：178．JohnD．Madden，NathanVandesteeg，PatrickA．Anquetil，etal．Artificialmuscletechnology：Physicalprinciplesandnavalprospects．OceanicEngineering，2004，29(3)：706．T．YAMBE，S．Maruyama，ShintaroAmae，etal，App

8、licationoftheshapememoryalloyfortheartificialinternalorgans，http：／／mecl．idac．tohoku．ac．jp／Welcome．files／cardiacmus．htmlR．Ibuki，S．Mamyama，A．Komiya，andT．Yambe，DesignofPlate—typeActuatorusingSMAWireforAssistantArtificialH