人工组织和器官

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人工组织和器官(artificial tissue and organ),用来置换病损组织或器官、暂时或永久补偿其全部或主要生理功能的以人工医用材料制成的制品、器件或装置。人工医用材料包括非金属材料、金属材料和高分子材料。活性碳是无机非金属材料的代表;不锈钢、肽合金是常用的金属材料。医用高分子材料有两大类:一是经过加工处理的生物分子材料,如人或动物的硬脑膜羊膜心包等;二是人工合成的各种塑料、橡胶和纤维等,常用的有硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚四氟乙烯、聚酯纤维、有机玻璃、水凝胶等。一切用来制作人工组织及器官的医用人工材料,都必需具备下列共同特性:①对人体无毒、不致癌、不致畸变、不引起过敏或干扰免疫过程。②置入体内的材料要耐老化。③具有良好的、适合环境的物理机械性能,长期浸泡在血液体液中者,要有良好的化学稳定性。④与血液接触的材料,须有抗凝性能,又不引起溶血蛋白质变性,不破坏血中成分。⑤能耐受灭菌过程,不变性,能制成各种符合形态要求的制品、器件和装置。

人工器官和器官移植同属现代医学中的备件医学,两者的根本不同点在于器官移植是生物性的,有活性的,同种移植后必然发生免疫排斥反应;而人工器官则属于机械性的、人造的和无活性的,置入体内后不会引起排斥反应,但可以导致物理和化学性的反应。早在19世纪就有用人工制品替代有病器官的尝试,如1897年有人用象牙管子制作人工血管,用于连接血管,但因迅速发生凝血而失败。20世纪以来,随着现代科学技术和医学工程学的发展,研制各种人工组织及器官的步伐加快,取得很大的成绩。

有广泛实用价值的人工组织和器官

著名的有人工心脏瓣膜、人工血管、人工心肺机、人工肾等,均已应用不下几十万次,有的已过百万例次。①人工心脏瓣膜替换手术由美国D.E.赫根在1960年第一次应用于人体,使用的是球型机械瓣膜。现在多选用生物瓣猪主动脉瓣牛心包瓣等),其优点是造价低廉、呈中心流型、血液动力学效果好,置换后不需终身抗凝,但有容易发生钙化穿孔之虞,远期疗效则尚待观察。中国1976年制成牛心包瓣。1960年代即开始研制硅橡胶球型机械瓣,植入这种机械瓣的病人存活时间最长者已有18年。②人工血管。1952年用高分子维尼纶纤维制造人工血管成功。目前应用的多为聚酯纤维或聚四氟乙烯纤维编织而成,具有一定孔隙的膨体状空腔管子,不引起凝血和栓塞,但这类人工血管一般只能置换大、中动脉主动脉动脉和腔静脉,不能用于内径小于8mm的血管。③人工心肺机(体外循环机)。1939年由美国小J.H.吉本在动物实验创制成功,1953年在临床首次应用成功。人工心肺机的问世,使心脏能在暂时完全遮断循环的条件下切开,提供无血手术野,心脏直视手术得以实现,开始了心内手术的新纪元。④人工肾。主要指血液透析器,利用半透膜透析原理,将体内的代谢产物(如尿素肌酐等)以及多余的水和盐类排出体外,替代肾的主要功能,自1913年首次应用以来,已成为治疗肾功能衰竭不可缺少的设备。目前,正在研究人工肾的超小型化,以便携带和植入体内。其他在临床用之有效的人工组织及器官尚有心脏起搏器义齿及牙基托人工皮人工骨、人工软骨人工肺、人工肌腱义肢人工关节、人工颅骨、人工硬脑膜、人工晶状体人工喉、人工鼓膜、人工角膜人工乳房、人工脂肪等。

人工心脏和人工晶状体

最引人注目的人工心脏研制已从1960年代开始。首次短暂性全心置换是在1969年,美国得克萨斯州立大学为 1例男性心脏病患者进行心脏移植移植前先仗人工心脏维持46小时,可惜该病人在移植心脏后72小时死于肺炎。在动物实验存活 300余天的基础上,美国犹他大学的德夫里斯于1982年第一次为一名心肌病患者植入一颗重300克的永久性人工心脏,植入后病人恢复良好,病人存活了111天17小时57分,人工心脏跳动了1291万余次。接着他又继续做了多次人工心脏置换,其中最长存活600余天。人工心脏的类型很多,都包含血流泵、驱动、自动控制和能源4部装置,除血流泵外,其余部件尚不能植入体内。其次值得提出的是人工晶状体,植入已不下百万次,适用于白内障患者摘除混浊的晶状体后,所用材料多为丙烯酸类树脂、透明硅凝胶或有机玻璃,能纠正严重光学缺陷。以往多用“后房固定法”,但术后人工晶状体易于脱位。目前已改用“前房固定法”,这有2种类型:虹膜固定法和虹膜—囊膜固定法。植入人工晶状体的,其手术方法选择和操作精巧程度常是成败的关键。主要并发症角膜变性导致大疱性角膜病变,由于手术操作水平提高和采用虹膜—囊膜固定法后,这种并发症已大为减少。

正在试用或处于研究阶段的人工器官和组织

尚有人工肝、人工血液、人工胆管、人工食管、人工胃、人工肠、人工气管、人工尿道、人工膀胱、人工输尿管、人工玻璃体、人工肌肉、人工细胞、人工输卵管、人工子宫人工眼球、人工胰等多种。其中特别值得提出的是人工血液和人工胰。人工血液与仅具扩容作用的右旋糖酐血浆代用品不同,它具有携带氧、水分、养料和输出代谢产物等功能。人工合成的液体氟碳化合物代血液即具有上述功能,名为人工血液。1978年德国制成氟碳人工血液,名为FLOSOL-DA,首先在临床上救治严重脑外伤,获得成功,随后日美等国都加应用。中国也于1980年在临床应用氟碳代血液。人工胰是首次用电子机械方法来替代内分泌功能的尝试,其装置由连续测定血糖浓度的传感器,据其结果进行算胰岛素需要量的计算机和接受指令而工作的胰岛素注射泵三部分组成,用以治疗糖尿病。人工胰的制成标志着人工器官已逸出物理和机械功能的范畴,进入具有化学性内分泌功能的更高级新领域。

综上可见,除脑、神经和复杂的内分泌腺体以外,几乎所有人体组织和器官都已有人工制造的具有不同程度功能的替代装置。

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