第十四章人工器官14.1概述14.2心血管系統(tǒng)用人工器官14.3呼吸系統(tǒng)用人工器官14.4消化系統(tǒng)用人工器官14.5運動系統(tǒng)用人工器官14.6感覺系統(tǒng)用人工器官14.7泌尿系統(tǒng)用人工器官114.1概述據(jù)統(tǒng)計，1994年美國有大約3.6萬人需要接受各種器官移植手術，而由于無法獲得器官適宜供體實施手術而死亡的人數(shù)就超過3千人。盡管自從1963年美國首先用猴子腎臟移植人體獲得9個月的存活期，1995年美國對一位艾滋病女患者移植了狒狒骨髓，使她奇跡般的存活，激起了異種器官移植的極大研究熱情，但是在今后相當一段時間內(nèi)，人工器官仍然是器官移植、修復的重要途徑。除腦之外的器官幾乎都有了人工代用品，種類很多。2當人體的器官因病患不能康復行使功能時，近代醫(yī)學提供了3種可能恢復功能的技術途徑：1.進行同種異體的器官移植；2.進行異種器官的移植；3.用人工器官置換或替代病損組織，補償其全部或部分功能。由于同種異體器官供體的缺乏，異種器官移植還有關鍵問題需要解決，人工器官的使用仍然是主要途徑。3人工器官的分類(1)(一)按功能分為11類：運動功能血液循環(huán)功能呼吸功能血液凈化功能消化功能排尿功能內(nèi)分泌功能生殖功能神經(jīng)傳導感覺功能其它類5人工器官的分類(2)(二)按原理分為：機械式裝置和電子式裝置。機械式：人工心臟瓣膜、人工氣管、人工晶體等。電子式：人工耳蝸、人工胰、人工腎、心臟起搏器等。6人工器官的分類(3)(三)按使用方式可分為植入式和體外式。植入式：人工關節(jié)、人工心臟瓣膜、心臟起搏器等。體外式：人工腎、人工肺、人工胰。體外式人工器官實際上都是由電子控制的精密機械裝置。714.2心血管系統(tǒng)用人工器官人工心臟人工心臟瓣膜人工心臟起搏器人工血管和人造血液8人工心臟瓣膜心臟瓣膜是保持血液單向流動而不返流的重要控制閥門。當先天性異?；蚣膊⌒郧址甘蛊涔δ苁ъ`，則更換瓣膜往往是必要而有效的。人工心臟瓣膜是可植入心臟內(nèi)代替心臟瓣膜，能使血液單向流動，具有天然心臟瓣膜功能的人工器官。當心臟瓣膜病變嚴重而不能用瓣膜分離手術或修補手術恢復或改善瓣膜功能時，則須采用人工心臟瓣膜置換術。人工心臟瓣膜于1960年在美國首次置換成功。它是生物材料和血液動力學研究的結晶。對材料的要求是：組織相容性好，不發(fā)生血栓，極少或不損壞血液成分，耐磨，抗疲勞，抗老化。對結構的要求：結構簡單，啟閉靈活，跨瓣壓差低，返流少，能耗低等。10機械瓣膜利用閥門原理，以非生物性材料設計制成。機械瓣膜種類繁多，主要有籠球瓣、碟瓣、傾斜瓣和雙葉瓣四種?；窘Y構大體包括縫合環(huán)、金屬瓣架和阻塞體三部分。金屬瓣架用不銹鋼、鈦和超硬金屬制作。縫合環(huán)多選用聚四氟乙烯纖維，其次是滌綸纖維。臨床表明，瓣膜置換術確實能延長術者的生命和提高生活能力，但對術后長期存活率的影響因素很多。植入體后的感染及瓣膜的耐久性、凝血性是最需注意的問題。網(wǎng)頁：俄開發(fā)出；香港城市大學12人工血管和人造血液目前臨床上使用的編織人工血管多用滌綸和Teflon高分子纖維針織而成。使用人工血管的最大缺陷是很難完全杜絕血栓的產(chǎn)生，尤其是在替代靜脈時。人工血液多為解決血源的不足，目前使用較多的是氟化碳(FC)乳劑。它的攜氧能力是血紅蛋白的數(shù)倍，對氧的溶解度也比水高20倍左右，但不同于血紅蛋白的是，僅是物理溶解。人造血對氧和二氧化碳的攝取－釋放反應都很迅速。臨床實例表明氟化碳人造血液沒有毒副作用及變態(tài)、過敏反應。1414.3呼吸系統(tǒng)用人工器官人工肺人工喉15人工肺人工肺又名氧合器，是一種代替人體肺臟排除二氧化碳，攝取氧氣，進行氣體交換的人工器官。人工肺基本上分為4種：靜立垂屏式、轉碟式、鼓泡式和膜式。鼓泡式目前臨床應用最廣，膜式的血氣不直接接觸而隔一薄膜靠氣體彌散進行血氣交換。目前供心血管手術體外循環(huán)用的人工肺多用價廉、一次性的鼓泡式人工肺，對需較長時間體外循環(huán)者則以膜式為宜。不銹鋼、聚氯乙烯樹脂、尼龍、硅橡膠和硅油，聚丙烯微孔中空纖維等是制作人工肺的常用生物醫(yī)學材料。16人工喉正常人的肺和支氣管匯于氣管，經(jīng)喉與食管連接。喉癌病人常需進行喉頭切除手術，由于聲帶隨同切除而不能發(fā)音。氣管也因喉切除而將斷端縫于頸部，成為氣管瘺口。肺的呼吸雖仍使氣體流動，但不能再產(chǎn)生聲音，只有將肺部氣流從外界改道應用模擬裝置通過瘺管再進入食道咽腔而發(fā)音。人工喉的功能主要不是為了呼吸而是利用正常的氣體呼吸進行發(fā)音重建。硅橡膠是制造人工喉的主要材料。1714.4消化系統(tǒng)用人工器官人工食管人工肝人工胰18人工肝由于肝臟有強大的再生能力，而且對部分肝組織切除能夠完全恢復原狀和功能。因此人工肝主要用作肝臟部分功能的暫時性輔助替代裝置，例如協(xié)助肝衰竭患者度過危險期或延長其生命、等待肝細胞再生或等待肝移植。人工肝輔助主要分為以動物肝為主要部件的生物性人工肝和采用生物醫(yī)學材料用于吸附解毒、血液透析和血漿及氨基酸的調(diào)整補充的非生物性人工肝兩大類。20人工胰糖尿病是一種常見的代謝紊亂性疾病或內(nèi)分泌??；世界人口大約有2％患有糖尿病，而且有增長的趨勢。由于病因和發(fā)病機制尚不完全清楚，糖尿病的病程又長，缺乏有效的治療，使糖尿病嚴重地威脅著人類健康。目前對糖尿病的主要療法有皮下注射胰島素、口服降糖藥、胰臟移植或胰島細胞植入、使用人工胰等。人工胰是用人工方法取代正常胰腺內(nèi)分泌功能的一種機械裝置，由微機控制。目前的人工胰能隨時測知患者的血糖值，適時地釋放適量胰島素，代替胰臟失去了機能的細胞功能，控制血糖維持在正常值上下。人工胰裝置除可控制地給患者注入胰島素之外，還可注入葡萄糖和胰高血糖素等。2114.5運動系統(tǒng)用人工器官人工關節(jié)人工肌腱23人工肌腱人工肌腱用于嚴重損傷的手指鞘內(nèi)屈肌腱斷裂及肌腱松懈時周圍疤痕嚴重的患者用的修復材料。由于自體移植和肌腱易發(fā)生粘連，因此在自體肌腱植入前植入人工肌腱，可預防手指屈肌腱修復后或游離肌腱移植后產(chǎn)生粘連。材料多用硅橡膠。由于硅橡膠彈性好、可彎曲、表面光滑，置入人體內(nèi)不僅沒有明顯的理化變化，還會在12～16周內(nèi)形成新的柔軟而完整的結締組織鞘管，并有滑膜細胞增生。由于硅橡膠在人體內(nèi)不能自行吸收，一般都要在3～4個月，施行兩次手術取出人工肌腱，在鞘管內(nèi)再植入自體肌腱，可免除粘連保證手術成功。還可用生物降解材料，如碳纖維聚乳酸，植入后，隨著乳酸的降解，生成膠原可沿碳纖維分布的方向沉積，形成類似生物腱的組織。2514.6感覺系統(tǒng)用人工器官人工鼓膜和人工聽骨鞍鼻整形26人工鼓膜和人工聽骨聽覺是人類的主要感覺之一，耳朵則是聽覺系統(tǒng)的傳感器。目前臨床上大量采用的鼓膜是自體或異體組織移植，使用的材料主要是筋膜組織，也有用鞏膜行鼓膜再造術的。在人工材料方面，曾用過硅橡膠、聚羥基乙酸、聚四氟乙烯等。27鞍鼻整形常見的美容手術。使用鼻中隔矯正術取出的軟骨、骨等材料效果最好；自體軟骨或同種異體骨及軟骨也可；生物醫(yī)學材料特別是硅橡膠為支架的鞍鼻整形更為常用。硅橡膠硬度接近軟骨，易于切割以適應鼻體需要，又不易老化，不與組織發(fā)生粘連，臨床應用效果較好。網(wǎng)頁：鞍鼻的整形；中國整形網(wǎng)28人工腎人工腎又稱血液透析機，是一種替代腎臟功能的裝置，主要用于治療腎功能衰竭和尿毒癥，是臨床應用和科學研究最多的人工器官之一。腎臟是人體重要的器官之一，通過排泄(主要是泌尿)排出體內(nèi)多種、大量的代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)體內(nèi)水、鹽代謝和酸堿平衡，保持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)；并通過內(nèi)分泌功能參與血液、循環(huán)等功能的體液調(diào)節(jié)。人工腎主要是將血液引出體外利用透析、吸附、膜分離等原理排除體內(nèi)過剩的含氮化合物、新陳代謝產(chǎn)物或逾量藥物等，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡，然后再將凈化的血液引回體內(nèi)。人工腎主要代行腎臟中腎小球的濾過、腎小管和集合管的選擇性重吸收作用，并不涉及腎臟的內(nèi)分泌功能。30目前人工腎不是置入體內(nèi)代替腎臟的人工臟器，而是放置在體外的一臺由計算機控制的儀器。它的核心部分是一種用高分子材料(膜材料)制成的透析器。這種膜材料具有半透性，可代替腎小球以實現(xiàn)其毛細血管壁的濾過功能，達到血液凈化的目的?，F(xiàn)有的膜材料有：再生纖維素、改良纖維素，一些高分子聚合物，如聚丙烯腈、聚砜、聚酰胺、乙烯－乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等。31目前人工腎32人工腎大致分為透析型、濾過型、吸附型3大類。透析型人工腎是由三部分組成：血液凈化系統(tǒng)(透析器)、透析液供給系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。常用的透析器有中空纖維型透析器，它由上萬根內(nèi)徑為200μm左右的由醋酸纖維膜和銅珞玢膜制成的空心纖維管組成，裝在一個透明容器中，兩端配有動脈和靜脈血路，使血液與透析液分別在空心纖維管內(nèi)外做反向流動，通過纖維管透析。33吸附型人工腎不使用透析液，而是用高分子膜包被活性炭顆粒來吸附血液中的肌酐、肌酸、尿酸、毒性藥物等。由于它不能清除尿素和水分，也不能調(diào)節(jié)電解質(zhì)及酸堿平衡紊亂，因而不能單獨完成腎衰患者的血液凈化，多和透析型配合使用。由于對中分子量毒素吸附有優(yōu)良效果，故多用于急性藥物中毒患者的搶救。這種人工腎俗稱“碳腎”。濾過型人工腎是模仿正常人體腎小球清除溶質(zhì)的機理而工作的：使患者體外循環(huán)血液通過裝有用聚丙烯腈制成的濾過膜或用聚砜膜制成的中空纖維的特制濾器，通過提高跨膜壓來增大過濾率，借以有效清除溶質(zhì)。這種人工腎不需要透析液、設備簡單、能有效清除中分子量毒素，還不會發(fā)生失衡綜合癥和低血壓，是目前使用較好的一種。但是它只能模仿腎小球的濾過功能，另靠置換液來代替腎小管和集合管的重吸收功能，是它的不足之處。全球第一個可植入人工腎臟在美國問世（網(wǎng)頁）34人工膀胱膀胱是儲存和排除尿液的肌性囊狀器官。當膀胱因泌尿系統(tǒng)的先天性畸形、創(chuàng)傷、炎癥、結核、腫瘤、神經(jīng)功能障礙等器質(zhì)性或功能性疾患，引起尿路部分區(qū)段的損害或梗阻時，為解除梗阻，防止腎功能受損，或因癌變施行膀胱切除術，