比米粒还小的心脏起搏器你见过吗？4月2日，国际权威期刊《Nature（自然）》发表一项研究，美国西北大学团队领衔，新加坡国立大学、中国华中科技大学等多所大学的研究者合作开发了世界上最小的心脏起搏器，尺寸仅为1.8毫米×3.5毫米×1毫米，体积比一粒米还小。
“这种可注射、可降解的微型临时心脏起搏器大小与米粒相当，支持其以微创（小于3毫米的皮肤切口）方式植入，能最大限度地减少装置对患者的负荷和植入手术的风险，并能为新生儿提供治疗的可能性。”该研究的第一作者和共同通讯作者、新加坡国立大学张亚敏教授公开发文介绍。
共同领导这项研究的美国西北大学生物医学工程学教授伊戈尔·埃菲莫夫在一篇新闻稿中介绍，大约1%的儿童出生时患有先天性心脏缺陷，这些孩子在手术后只需要临时起搏。在大约7天左右的时间里，大多数患者的心脏会自我修复，但这七天非常关键。现在，可以将这个微型起搏器放在孩子的心脏上，用柔软、温和的可穿戴设备刺激它，而且不需要额外的手术去除它。
“体液”自供电 无需电源和电线
论文通讯作者罗杰斯，是美国国家科学院、工程院和艺术与科学院三院院士，长期致力于仿生电子器件和可穿戴生物医学电子器件的研究。他在接受媒体采访时深入介绍了这一新技术。
据介绍，这款微型心脏起搏器可以通过微创植入，极大降低传统起搏器所需的侵入性手术风险，比如感染或心肌损伤。具体来说，它可以通过一种创伤很小的手术方式，即装入导入器，通过宽度小于3毫米的皮肤切口，直接注射到心外膜下心肌浅层。这一结果甚至适用于新生儿，并支持使用微创技术进行植入。
过去，传统的临时起搏器虽然在治疗心动过缓（心率偏低）方面发挥着重要作用，但其侵入性的植入过程以及外部电源和导线带来的潜在风险，尤其对于儿童和体型较小的患者而言，一直是一项挑战。
令人好奇的是，这款微型心脏起搏器如何在没有电池和导线的情况下工作？
关于供电方式，罗杰斯表示：“我们有一个自供电机制来支持起搏器的运行。”其内置的电极由可生物吸收的材料组成：阳极（即负极）为镁（或锌），阴极（正极）为三氧化钼。当电极接触到心脏周围的体液时，体液作为电解液，触发阳极和阴极之间的电化学反应，产生电流。
“具体而言，一个活性可生物吸收的镁合金或锌复合材料作为阳极，一个更具电正性的可生物吸收三氧化钼复合材料作为阴极。心脏组织及其相关生物液体作为电解质，形成原电池。”论文中如此描述。换句话说，这个起搏器不需要外部接入电源或替换电池，而是利用身体自身的环境“发电”，将电流传递给心脏，驱动它跳动。
如何精确控制心跳的频率和节奏？
罗杰斯介绍，这款起搏器通过“光”实现无线操控。“我们使用光电晶体管（光控开关）来控制传递给心脏的电脉冲的频率和持续时间（以设定心率）。”他说。光电晶体管是一种由硅制成的微小组件，连接在阳极和阴极之间，起到开关作用。在没有光照时，它阻断电流，设备处于休眠状态；当皮肤表面的无线单元发出近红外光，光穿透组织照射到光电晶体管上时，它的电阻降低几个数量级，电路接通，电流流向心脏。
“近红外光具有深层组织穿透的特性，这使得光学方法变得很有吸引力。我们成功地用硅纳米膜双极结晶体管构建了一个可生物吸收的光控开关。”罗杰斯补充道。
起搏器会配合一个贴在皮肤上的无线皮肤界面一起工作。这个皮肤贴片支持心电图数据收集、数据分析和近红外范围编程光发射，分析判断是否有心律失常。发现心律失常后，皮肤设备会发出近红外光，实现自主闭环心脏电疗。
罗杰斯说：“这个系统减少了风险，消除了传统有线临时起搏解决方案的繁琐性。”传统起搏器需要导线穿过皮肤连接外部电源，患者活动受限且有感染风险，而这款装置完全内置，依靠体液供电和光控，可以使患者摆脱束缚。
关于制造过程中的挑战，罗杰斯表示：“自供电方法的概念是关键，同时还需要一个光学方案来控制设备。”他坦言，自供电概念是由中国博士后张亚敏提出的。在美国佐治亚理工学院攻读博士学位时，张亚敏研究电池技术，将这一想法带入项目，促成了这一创新。
人体内可完全吸收
任务期后降解，2年多完全消失
罗杰斯说，该装置使用一段时间后，可在体内无害溶解。
由于所有材料（包括电极、光电晶体管和封装材料）都是可生物吸收的材料，设备在完成使命（猪和人类心脏上的体外起搏实验显示连续运行约16天）后会逐渐降解成无害物质，通过肾脏排出体外。完全生物吸收的时间尺度约为1.2-2.5年。未来适当选择材料和设备设计，或可将完全吸收时间大大缩短。据悉，这项设计源于临床需求，由美国西北纪念医院的心脏外科医生提出。
经由肾脏排出体外，也规避了为取出装置而进行的二次手术，进一步降低了装置的使用风险。
预计在两三年内启动首次人体植入的研究
研究显示，这款微型心脏起搏器在小鼠、大鼠、猪、犬（体内）和人（体外）的心脏模型中均完成了可控制的起搏工作。
至于未来在活体患者身上的应用，罗杰斯表示需经过监管流程，“任何这类救生植入物都必须通过严格的监管流程”。此外，罗杰斯表示，已有初创公司开始推动该研究的临床转化。
罗杰斯预计在两三年内启动首次人体植入的研究，使这一技术进入临床试验阶段，最终成为医生日常使用的工具，为心动过缓患者带来一项新型治疗选择。 综合人民日报健康客户端、红星新闻等
>>新闻延伸——还有这些人类『微型帮手』
中国自主研发磁悬浮人工心脏
和乒乓球差不多大小
如果你的心脏想“罢工”，那么你将会面临什么？你稍一动，它便“怦怦砰”跳个不停；每天呼吸困难、头晕、双眼发黑，食欲不振吃不下东西，腹部却日渐隆起，腿脚水肿得连穿鞋都困难；心脏甚至随时停止跳动……
4月8日，记者从东南大学附属中大医院获悉，该院心脏外科主任曹海龙教授团队为一名88岁高龄老人成功植入重量仅为80克的人工心脏。经查阅资料发现，这次手术突破了全球植入人工心脏的最高龄纪录。
59岁的张阿姨已有多年心衰病史，是重度心力衰竭患者，活动后胸闷气促，伴心悸，症状反复且有加重恶化。1月3日，广东省佛山市第一人民医院心血管外科为她植入直径仅34毫米、重90克的磁悬浮人工心脏。经过一段时间的康复治疗，1月23日张阿姨顺利康复出院。
据介绍，此次使用的人工心脏装置和乒乓球差不多大小，由深圳核心医疗科技股份有限公司自主研发。通过手术，让人工心脏和自体心脏形成“并联”，辅助患者左心室进行血流输出。
人工心脏是最复杂、最精密的医疗器械之一，被誉为“医疗器械皇冠上的宝石”。人工心脏植入术目前是国际上终末期心衰患者治疗的前沿技术，该项技术仅在国内少数领先心脏中心开展。
中国自主研发的全磁悬浮式人工心脏，实际叫作“左心室辅助装置”（LVAD），不是“全人工心脏”，它可以作为心脏移植等待器官期间的过渡治疗，也可以作为心衰的最终治疗手段。许多植入心室辅助装置的患者甚至终身不换心脏，带着它永久活下去。在中南医院，还有部分重症心衰患者在植入后，心功能得到有效恢复，最终取出人工心脏而恢复健康。
左心室辅助装置，适用于终末期心力衰竭患者。帮助天然心脏把富含氧气的血液送到全身，让血液循环重回正轨。此外，整个系统除了置于胸腔内的血泵外，还有体外的便携式电池和控制器。
人工心脏既可以使用两块可充电锂电池提供电能，保证日常活动或外出，也可以通过连接一块电池和适配器来供电，在休息时保证充足的电能。每位患者出院时会配4-6块可充电锂电池，每块电池可以续航6-8小时，足够满足患者的日常生活所需。
患者出院后，经过循序渐进的康复训练，做好长期的自我管理，可以获得和正常人一样的生活质量，完成术前难以做到的日常活动，比如上下楼梯、做饭买菜、骑自行车、开车等，还可以恢复到运动的状态，比如打乒乓球，爬山等，有些患者甚至在出院半年后重返工作岗位。 综合
在等待心脏供体期间
澳男子靠“全机械心脏”活了100多天
除了中国自主研发的全磁悬浮式人工心脏，另一种人工心脏则被称为“全人工心脏”（TAH），它是能够全面代替左右心的泵血功能的机械心脏。
近日，一名患有心力衰竭的澳大利亚男子，在3月初接受捐赠心脏移植之前，一颗全机械的人工心脏在他体内“跳动”了100多天。医生称，他不仅没有感到任何异样，还能够自己上街购物。在3月初接受心脏移植手术后，该患者目前恢复良好。
据悉，这一装置由澳大利亚生物医学工程师蒂姆斯发明，是一种可植入旋转血泵。该装置只有拳头大小，内部有一个磁悬浮转子，能够将血液泵送到肺部和身体的其他部位。这款全人工心脏由钛制成，设计目的是让患者在等待心脏供体期间维持生命。不过，相关技术仍处于临床研究早期阶段，主要针对终末期双心室心衰患者。这通常是由心脏病发作、冠心病或糖尿病等疾病引起，导致心脏无法有效泵血。
目前为止，国际公认心脏移植是终末期心衰有效治疗手段，但心脏供体紧缺一直是世界性难题。全球每年进行的心脏移植手术不到6000例。业内人士也指出，让人工心脏完全替代人类心脏，并最终消除对人类心脏捐献的需求，仍有很长的路要走。 据湖南日报
可植入的“救命神器”微型“体内除颤仪”
2月27日，上海交通大学医学院附属瑞金医院心内科主任吴立群及其团队，为67岁的上海患者陈建国（化名）成功植入了最新型的微型血管外除颤仪EV-ICD。装入微型血管外除颤仪后，患者的全天心律都能得到实时监测，一旦出现异常，除颤仪能够立刻识别危险并进行自动除颤，从而为心脏骤停的高危患者提供有力的安全保障。
吴立群介绍，临床上需要植入体内除颤仪的患者主要分为两类。第一类是已经有过心脏骤停经历的患者，这类人群在未来几年内发生心脏骤停的概率比一般人高30%左右。第二类是经医生判断、有一个或多个心源性猝死高危因素的人群，如患有肥厚型心肌病、冠心病、陈旧性心肌梗塞的患者。以陈建国为例，他患有缺血性心脏病、严重心衰，心脏骤停风险比普通人高出8-10倍。
吴立群介绍，在EV-ICD问世之前，患者可以选择经静脉植入或经皮下植入的两款体内除颤器。“前者需要将电极通过静脉血管植入心脏内部进行除颤，抢救患者的成功率较高，但不足之处在于电极容易松动甚至断裂，机器容易磨破人体组织导致感染，产生的并发症较多，取出也比较困难。后者则是把电极放在胸骨外侧皮下，不进入血管和心脏，但因为电极和心脏距离较远，除颤能量要达到80焦耳才能有效，可以终止快速的室性心律失常，但是不能起搏。”
“最新型的微型血管外除颤仪弥补了传统体内除颤仪的不足，它可以被安置在心包外侧，既能电击也能起搏，且电击时能量只需要30-40焦耳左右，对患者伤害较小，起搏器的寿命也延长到了10至11年。目前国内只有部分地区的医院可在政策的允许下为患者植入该装置，共完成了十余台手术。这款起搏器有望在今年获批上市，未来可以为更多患者提供新的选择。”吴立群说。 据人民日报健康客户端