2021年重症心脏病大会隆重召开，最新发布的CH-VAD有何亮点？

为助力解决我国终末期心衰患者治疗难题，2021年重症心脏病大会于2021年12月11日在深圳召开。在此次会议上，由同心医疗自主研发的、中国首个获得国家药品监督管理局（NMPA）批准的全磁悬浮植入式心室辅助系统（人工心脏）正式宣布上市，这标志着全球新一代核心技术（全磁悬浮技术）的心室辅助系统在中国商业化落地，即将开启心衰治疗新时代。

我国现有心衰患者数量巨大，当前治疗手段难以逆转其病程进展。患者进入终末期心衰阶段后，可选的治疗手段仅有心脏移植或者植入人工心脏，但心脏移植因供体紧缺而无法惠及大众。当前在欧美国家，人工心脏的植入数量已经大大超越心脏移植，成为终末期心衰最为重要的外科治疗手段。为了更加深入了解全磁悬浮式人工心脏技术，我们有幸邀请到了苏州同心医疗科技股份有限公司创始人陈琛博士，来为我们进一步解答人工心脏相关问题。

科普新知：人工心脏的技术演进

回顾人工心脏的发展历史，陈琛博士表示，人工心脏技术发端于美国，在国际上已经具有较长时间的演进历史。早期的人工心脏采用一个橡胶囊模仿心脏的收缩、舒张动作，称为“搏动式人工心脏”。其装置本身的耐久性较差，在泵血过程中对血液的损伤较大，导致较高比例的血栓形成、中风等严重并发症，且装置笨重而不便携带，手术侵犯性较高，经皮管道易引起感染。这使得这类人工心脏主要限于用作心脏移植前的过渡手段。

80年代后期，由Richard Wampler发明的Hemopump首次用于临床，开启了现代人工心脏的历史。现代人工心脏革命性地改变了设计理念，不再模仿心脏的动作，改而直接追求心脏的泵血的功能，由此产生了“旋转式人工心脏”。旋转式人工心脏采用一个刚性的带有叶片的叶轮，通过一定的支承机构置于完全密闭的泵壳内，叶轮旋转而将血液从泵的入口输送到出口，完成泵功能。随着旋转式人工心脏展示出全面的性能优势，进入本世纪以来，其已经基本取代搏动式人工心脏的地位。

旋转式人工心脏的体积大幅缩小，耐久性大幅提高，但同样面临一系列医学问题，其中最重要的即为血液相容性，即血液在经过血泵的过程中，血液中的细胞和其他有形成分会受到机械损伤，这些损伤可导致三类临床不良事件的发生：

 第一类是泵内血栓。血液损伤造成部分血液凝固成栓块，即血栓。血栓附着在血泵的内部，逐渐长大，最后将转子卡住，以致不能正常旋转。

第二类是中风。血液损伤造成的血栓没有附着在泵内，而是被冲到动脉血管中，最后卡到了脑血管，造成中风。

第三类是以消化道出血为代表的出血现象。

陈琛博士认为，这三类血液相容性问题中，消化道出血对于血液损伤最为敏感，因此解决的难度最大，但就危害程度而言，泵内血栓最高，其次是中风。

除此以外，血泵还需要满足一系列其他条件才能成为一个真正意义上的植入式医疗器械。其中一个重要指标就是血泵的尺寸大小，被称为植入侵犯性。即需要把尺寸做到足够小，以便血泵放入人体胸腔后对周围的组织压迫比较少。当然，从工程设计的角度也并非越小越好，如果做得太小，导致血液相容性受到影响，就成了舍本求末。工程设计总是要做到各个指标之间的平衡，以寻求最优解。另外还有一些重要的指标，包括感染问题、患者使用安全性、便利性问题以及装置本身耐久性问题。在这些衡量人工心脏的重要指标达到临床要求后，人工心脏的临床前景就将变得非常广阔。

进一步探究“旋转式人工心脏”的技术发展，其中最为基础的核心技术是通过什么方式将叶轮（转子）安置在血泵内部。

最为简单的方式是叶轮通过滑动轴承与泵壳联结在一起，这一技术概念被称为“滑动轴承式人工心脏”，它的特征在于泵壳和叶轮之间存在物理上的接触，泵壳对叶轮的支承力是通过直接接触而传递的。轴承浸没在血液中，而转子高速旋转会导致轴承发热，以至于轴承周围血液中的蛋白成分在高温作用下发生变性，同时会有少量血液进入轴承间隙，这部分血液中的血细胞等有形成分因受到碾压而破损，加上轴承附近的血流存在漩涡区等非生理的流动形态，这些因素都可导致轴承部位及其附近形成血栓。血栓堆积在轴承部位，就会将转子卡住，即为典型的泵内血栓。

基于这个原因，工程师希望能够改进设计，不再使用机械接触轴承。这就催生了没有机械接触轴承的新一代人工心脏的诞生，其中最理想的就是纯粹的磁悬浮，也就是同心医疗采用的这一类技术，称为“全磁悬浮式人工心脏”。磁悬浮是一种没有物理接触的支承方式，它通过磁场使得两个隔开一定距离的物体之间产生力的作用（相吸或者相斥）。将磁悬浮技术用于人工心脏，就是通过磁悬浮轴承将叶轮安置在血泵内，叶轮处于悬浮状态，在与泵壳完全脱离接触的情况下高速旋转。由于不存在机械接触，叶轮与泵壳之间没有摩擦，也就不会发热。更重要的是，叶轮转子四周与泵壳之间到处存在明显的间隙，血液可以在这些间隙中没有障碍地流动，这样一方面血液流场中的应力较低，从而对血液的机械损伤较低，另一方面，流动的血液不断地冲刷转子和泵壳的表面，使得血液不容易在任何表面停留而形成血栓。因此，通过磁悬浮，结合正确的流体力学的设计，就可以大大降低泵内各处导致血栓形成的因素，从本质上提升人工心脏的血液相容性。

但是，要具体设计出满足临床要求的全磁悬浮式人工心脏，实属不易。陈琛博士以自己的亲身经历谈到，自90年代以来，世界上有许多研发团队曾经投入全磁悬浮式人工心脏的开发，就如何实现磁悬浮以及相应的流体力学设计，提出了多种技术方案，遗憾的是绝大多数都以失败告终。其原因可简单归结为，在满足充分的支承力要求的前提下，设计出来的磁悬浮机构的尺寸都太大，导致血泵太大而无法植入胸腔。几十年失败的探索耗费了大量的人力物力，使得业界普遍对全磁悬浮式人工心脏失去了信心，但是同心医疗一直坚持研究具有突破性的技术方案，并最终取得了成功。

就在全磁悬浮式人工心脏探索经历挫折的同时，世界上另一批研发团队选择了另一条技术途径，即采用一类比较简单的磁悬浮，与流体动力悬浮相结合，实现对叶轮的支承。就该类人工心脏而言，由于流体动力悬浮是血液相容性的短板，由此常被称为“流体动力悬浮式人工心脏”，也可称为“磁液混合悬浮式人工心脏”。所谓比较简单的一类磁悬浮，就是采用永久磁铁产生的磁悬浮，称被动磁悬浮。与之相对，另一类磁悬浮是通过受控的电磁铁产生的磁悬浮，称主动磁悬浮。

永久磁铁可以产生非接触的磁场作用力，但是其作用力是固定不变的。而在主动磁悬浮中，可以通过改变送到电磁铁中的电流，随时改变磁场作用力的大小，从而主动控制悬浮对象的位置。主动磁悬浮是一个包含传感器以及自动控制算法的闭环控制系统。根据物理定律，一个物体无法仅仅通过被动磁悬浮而实现所有方向的稳定的支承，故被动磁悬浮必须与其他的支承技术结合使用，但是主动磁悬浮可以实现所有方向的稳定的支承。全磁悬浮式人工心脏必须包含主动磁悬浮，这也是该类人工心脏的技术大大复杂化的原因。

据陈琛博士介绍，流体动力悬浮是一类经过特别设计的滑动轴承，体现在人工心脏中，就是叶轮转子上设有一个轴承面，它与相对的泵壳内表面（另一个轴承面）之间构成一个微小的夹角，其中可以进入一层薄薄的起润滑作用的血液，当转子旋转时，这两个轴承面作相对滑动，一开始存在物理接触，但当滑动速度加快到一定程度后，润滑膜中会出现高压力区，将两侧的轴承面撑开，使得它们完全脱离物理接触。流体动力悬浮与一般的滑动轴承的区别在于，前者可以一直维持一层完整的润滑膜，使得转子的负载完全由润滑膜承担，而后者在负载作用下无法建立完整的润滑膜，两个轴承表面发生物理接触。流体动力悬浮式人工心脏实现了没有机械接触的支承，而且因为结构简单，因此容易将体积做小，故而在全磁悬浮式人工心脏迟迟不能突破小型化瓶颈之时，流体动力悬浮式人工心脏终于研发成功，并被临床接受。

但是流体动力悬浮式人工心脏在临床应用中出现了较高比例的脑中风，且随着人工心脏在体内工作时间延长，脑中风的发生率越来越高。就此进行的研究较为普遍地认为，在流体动力悬浮中承担负载并起润滑作用的血液薄膜中，存在着远远超出生理条件的剪应力，该剪应力可对血液中的有形成分造成机械损伤，从而诱发血栓形成。因此，流体动力悬浮式人工心脏出现后，并没有完全取代滑动轴承式人工心脏的市场地位，通常认为，前者泵内血栓风险较少，后者脑中风风险较少。

但美国Thoratec公司（目前已被雅培并购）一直持续进行着超小型全磁悬浮式人工心脏研究，也终于取得了突破。2017年，该公司开发的HeartMate 3成为美国食品药品监督管理局（FDA）批准进入市场的首个全磁悬浮式人工心脏。HeartMate 3上市后，立即展示了其优异的性能，并受到医学界的偏爱。2021年6月，美敦力公司宣布，停止销售其旗下的流体动力悬浮式人工心脏（HVAD）。其官方声明指出该决定的原因是，越来越多的观察性临床研究表明，与患者可以获得的其他循环辅助装置（显然指HeartMate 3）相比，HVAD导致的神经损伤不良事件，包括脑中风的发生率、死亡率更高[1]。

事实上，根据近年来发表的几篇权威性的大规模真实世界数据研究，表明滑动轴承式人工心脏HeartMate II、流体动力悬浮式人工心脏HVAD的患者生存率没有统计学差异，但是全磁悬浮式人工心脏HeartMate 3的患者生存率显著更高。另外，HeartMate 3的泵内血栓、脑中风的发生率均显著低于其他两款人工心脏。因此，HeartMate 3上市后，短短数年就成为事实上的全球人工心脏市场的基本垄断者，这标志着人工心脏领域进入了全磁悬浮技术时代。

在陈琛博士看来，人工心脏的血液相容性本质上取决于血液在血泵内的流动情况，不同的转子支承方式只是对血液流动构成了不同性质的制约，而全磁悬浮造成的制约更弱，从而为血泵的流体力学设计提供了更自由的优化空间。虽然以往经常根据转子的支承方式而将旋转式人工心脏划分出代际，包含、不包含物理接触轴承的人工心脏分别被称为第二、三代人工心脏，但是陈琛博士认为，流体动力悬浮式人工心脏HVAD与滑动轴承式人工心脏HeartMate II在血液相容性上的差异尚不足以构成代际差异。

而HeartMate 3展示了对血液相容性的本质性提升，其中期（3年）患者存活率已经赶上心脏移植，如果在更长期的使用中能够保持这一特征，则应该可以认为它代表了新一代人工心脏技术。

活跃的生活：CH-VAD的创新目标

长期以来，全磁悬浮人工心脏技术研究面临严峻挑战，雅培的HeartMate 3率先取得突破并获批上市后，立即占据了行业垄断地位。在中国鼓励创新的政策环境下，我国拥有自主知识产权的植入式左心室辅助系统（CH-VAD）研发成功，打破了全球范围全磁悬浮人工心脏技术垄断。CH-VAD通过融合了磁悬浮和流体力学的原创优化设计，实现了全磁悬浮所预示的提升血液相容性的潜力，并在包括植入侵犯性、防感染性能、系统可靠性、便携性等各方面关键性能上，均已全面达到了更高的水准。

陈琛博士表示，从2008年同心医疗成立以来就进行CH-VAD的开发，直到2012年1月，见到Thoratec公司（现雅培公司）首次公布的HeartMate 3的照片，才知晓世界上还有其他公司在开展同类人工心脏的开发。同心医疗自2011年起就每年在国际学术会议上发布CH-VAD核心技术和产品的研发进展，10年来，CH-VAD是除了HeartMate 3以外唯一持续在国际学术界进行交流、最终展示出技术成熟性的全磁悬浮式人工心脏。CH-VAD拥有从底层开始构建的核心技术的自主知识产权，并已获得包括美国、欧洲在内的全球专利保护。在获知HeartMate 3的相关数据后，发现CH-VAD的尺寸要比Heartmate 3小很多，这代表着CH-VAD的植入侵犯性更小；同时，与其他人工心脏产品相比，CH-VAD的经皮电缆线更细，预示着防感染性能更好

血液相容性是一项评价起来比较复杂的指标，就此而言，CH-VAD也已通过临床使用给出了出色的结果。这一产品在国内通过临床试验和医疗新技术应用已经用于40位患者，其中24人已携带装置2年以上，一名患者已携带装置4年半，仍然保持健康活跃的生活状态。特别值得关注的是，至今在所有患者中还没有出现一例泵内血栓、中风或者消化道出血的报道。

消化道出血是血液相容性最难攻克的一个堡垒，对比包括HeartMate 3在内的其他人工心脏的临床研究数据，虽然CH-VAD的临床研究规模还较小，但是在消化道出血方面已经显示出具有一定统计学意义的优势。陈琛博士表示，CH-VAD临床使用至今的血液相容性表现，特别是消化道出血的情况，已成为全球同行专家的关注热点。他期待着未来在全球开展更大规模的临床研究，以检验CH-VAD在包括血液相容性在内的全方位的全球领先地位。

陈琛博士进一步表示，当今的人工心脏不仅要使患者活下来，更重要的是要让他们重回和正常人一样的健康而活跃的生活。随着人工心脏进入全磁悬浮时代，使患者及其整个家庭重享健康快乐生活，已成为全球人工心脏疗法的现实目标。同心医疗提出了“科技重燃生命之火”的口号，正在践行引领全球人工心脏技术进步的历史使命。

针对同心医疗将在中国人工心脏疗法推动中所作的努力，陈琛博士表示，人工心脏不是一个简单的医疗器械，其背后是医疗服务。作为企业，同心医疗有责任通过提供完善的服务使得产品能够在患者身上产生应有的治疗效果。心衰是一个全生命周期的管理，从患者开始考虑选择人工心脏治疗，直至装上人工心脏后，公司将终身给患者提供服务，帮助他们获得应有的生活质量。在本次发布会上，陈琛博士深情地表示：“我们深知，一款经得住时间考验的心室辅助装置是医学界许久以来的期待，各位专家对同心医疗寄予厚望。这是我们的荣耀，也是一份责任。我们一定尽心尽力为大家做好服务，持续不断地完善产品，协助专家们推动全球人工心脏疗法的发展，使人工心脏的适应范围不断扩展到更早期的心衰群体。”

随着同心医疗CH-VAD植入式左心室辅助系统的正式获批上市，未来将有更多终末期心衰患者从中获益，这也意味着中国人工心脏疗法的建立开始起步，中国人工心脏的时代正在来临。