神秘莫測(cè)的人工器官

呂雪萱

鐘表的發(fā)條斷了，送到修理部去，換上一根新的發(fā)條，鐘表就又嗒嗒地走動(dòng)起來(lái)。收音機(jī)的電子管壞了，只要換上一只新電子管，就會(huì)重新發(fā)出清晰的音響。

那么人體的某一種器官出了毛病，吃藥打針都不能治愈，能不能也隨時(shí)換上一個(gè)新的器官呢？據(jù)說(shuō)在古希臘的時(shí)候，人們就有過(guò)這種幻想。到了近代，先進(jìn)的醫(yī)務(wù)工作者們已經(jīng)把這個(gè)幻想變成現(xiàn)實(shí)，早已開(kāi)始孜孜不倦地研究器官移植術(shù)和人工器官的制造。

器官的移植就是把他人的健康器官取來(lái)，替換人體已喪失功能的器官，以挽救病人的生命。對(duì)心臟、腎臟、肝臟，都已經(jīng)進(jìn)行過(guò)許多移植試驗(yàn)，其中腎臟移植的研究進(jìn)展最大。但是器官移植碰到的最大障礙是人體的排異反應(yīng)，且迄今未能克服。原來(lái)，人體有一種奇特的本能，就是能夠識(shí)別異體器官，并產(chǎn)生抗體來(lái)摧毀它，從而使移植的器官受到破壞，失去功能。這本來(lái)是屬于保護(hù)身體的一種免疫反應(yīng)，但卻給器官移植帶來(lái)很大的困難。盡管醫(yī)生們采用多種藥物來(lái)控制排異反應(yīng)，但迄今為止還沒(méi)有取得滿意的成果。另外，同種異體器官移植還受到供應(yīng)來(lái)源和保存等方面的限制，所以一部分科學(xué)工作者就另辟蹊徑，開(kāi)始研制人工器官。

人工器官是人工制造的具有器官功能的機(jī)械裝置，把它安裝在人體上不會(huì)產(chǎn)生異體移植的排異反應(yīng)，而且人工器官可以大量生產(chǎn)并易于保存。如果人體的各種器官都能研制成功，患者就能各取所需，隨意替換失去功能的器官。這樣，對(duì)許多垂危的患者就有起死回生的作用。

人造血管

血管是輸送血液的管道，全身的血液循環(huán)全靠心臟和許多血管來(lái)維持。血管發(fā)生病變或損壞，必然會(huì)影響血液暢通，導(dǎo)致其它器官因缺血而不同程度地喪失功能。

治療血管疾病常常需要切除病變血管，這樣就會(huì)造成血管缺損，必須另用完好的血管來(lái)替換。醫(yī)務(wù)工作者們?cè)诤茉缫郧熬驮趯ふ已艿拇闷?。十九世紀(jì)末，有人曾用玻璃管和象牙管做過(guò)實(shí)驗(yàn)，但都沒(méi)有成功。

上世紀(jì)五十年代后期，高分子化學(xué)研究有了進(jìn)展，推動(dòng)了人造血管的試制。開(kāi)始有人用維尼龍管來(lái)代替大的動(dòng)脈血管，初步取得成功。后來(lái)又有人用奧綸或尼龍材料做成血管來(lái)代替腹動(dòng)脈，也同樣取得了成功。但這些最初的人造血管缺乏彈性，容易折損，發(fā)生血栓的機(jī)會(huì)較多。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，研究者發(fā)現(xiàn)，用滌綸和特氟隆纖維織成的蛇腹一樣的人造血管性能最好，它質(zhì)地柔軟，可以隨意彎曲，材料無(wú)毒，堅(jiān)固耐用。這種血管植入人體后，周圍會(huì)長(zhǎng)上一層薄薄的結(jié)蒂組織，使人造血管和人體發(fā)生愈合，管壁上也會(huì)形成一層薄薄的內(nèi)膜，表面光滑，可以保持血液暢通，不致引起血栓。

人造血管在代替小血管方面效果還不理想。由于人造小血管管腔口徑小，移植后管腔長(zhǎng)出一層內(nèi)膜就更加狹小，造成血液流通不暢，會(huì)發(fā)生血栓。最近，有人研制了一種特氟隆的新材料，在制造小血管方面也取得了一些進(jìn)展?？傊?，看來(lái)似乎最簡(jiǎn)單的人工器官——人造血管的研制，也要付出許多艱苦的勞動(dòng)。

人工心肺機(jī)

心臟的跳動(dòng)產(chǎn)生維持血液循環(huán)的動(dòng)力。肺臟通過(guò)呼吸作用，提供人體所需要的氧氣，排出二氧化碳，這兩者都是維持生命的重要臟器。當(dāng)人的心臟發(fā)生嚴(yán)重病變、必須進(jìn)行復(fù)雜的心臟手術(shù)時(shí)，就要用一種裝置代替心臟完成血液循環(huán)并代替肺臟進(jìn)行氣體交換。這種裝置在五十年代便已經(jīng)試制成功了，叫做人工心肺機(jī)。

人工心肺機(jī)是由人工肺和心臟泵組成的。它把全身流回來(lái)的靜脈血導(dǎo)向體外，給氧后，再將血液由動(dòng)脈輸送到全身。

人工肺有把血管導(dǎo)入塑料圓筒或囊袋中，向里面直接吹入氧氣的鼓泡式人工肺，也有在導(dǎo)入血液的槽中置人成疊轉(zhuǎn)動(dòng)的片盤(pán)，并吹入氧氣的轉(zhuǎn)盤(pán)式人工肺。這兩種人工肺由于是直接向血液中吹入氧氣，所以紅血球往往被破壞。因此，最近又研究出通過(guò)硅素樹(shù)脂間接交換氧氣和二氧化碳的人工肺。

人工心臟泵經(jīng)常采用在橡膠管中用滾轉(zhuǎn)物擠壓血液的轉(zhuǎn)棒型泵。

人工心肺機(jī)在進(jìn)行心臟手術(shù)時(shí)，只能在幾小時(shí)之內(nèi)代替心臟和肺的工作，這和能永遠(yuǎn)代替心臟機(jī)能的人工心臟裝置是不一樣的。

漸趨完善的人工腎臟

腎臟的功能是分泌尿液，排除體內(nèi)新陳代謝的廢物。它體積雖小，但血液流量很大，每五分鐘流經(jīng)腎臟的血量就約等于全身的總血量。人的腎臟如果喪失了功能，人體中的尿素、肌酸酐等廢物積存在體內(nèi)，患者就會(huì)發(fā)生致命的尿毒癥。

人工腎臟就是通過(guò)透析作用，清除血液中廢物的裝置。它是根據(jù)膜平衡原理設(shè)計(jì)的。把玻璃紙那樣的半透膜放在中間，兩邊灌入滲透壓不同的兩種液體，在壓差作用下，物質(zhì)穿過(guò)半透膜相互移動(dòng)，變成等壓，這就是透析作用。根據(jù)這個(gè)原理，將含有廢物的血液導(dǎo)入半透膜管中，放入適當(dāng)調(diào)節(jié)了滲透壓的透析液中，通過(guò)透析作用，血液中的尿酸、肌酸酐等有毒物質(zhì)擴(kuò)散到透析液中，使血液得到凈化。

各國(guó)的科學(xué)工作者們?cè)O(shè)計(jì)了許多類型的人工腎，其中有線圈型和積層型。線圈型是用半透膜管繞成線圈狀，導(dǎo)入血液，放入盛有透析液的槽里。積層型就是用若干張半透膜，排列起來(lái)，讓血液和透析液分層在半透膜之間流動(dòng)，進(jìn)行透析。

最近還研制成功一種叫赫羅發(fā)型的小型人工腎，它是由一萬(wàn)多根內(nèi)徑只有幾百微米的極細(xì)的纖維管組成，纖維管內(nèi)導(dǎo)入血液，然后放入盛有透析液的圓筒，進(jìn)行透析。這種小型人工腎透析面積大，速度快，臨床使用效果好。

幾十年前人工腎臟只能用于進(jìn)行幾次透析就可以治愈的急性腎臟病患者?，F(xiàn)在，隨著人工腎臟的改進(jìn)，已經(jīng)可以為腎機(jī)能衰竭的慢性患者做長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的治療了。

只能起點(diǎn)輔助作用的人工肝臟

肝是主宰生命的臟器，胃腸將食物消化轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰被岷椭舅岬?，這些養(yǎng)料通過(guò)靜脈進(jìn)入肝臟，在肝臟內(nèi)經(jīng)過(guò)多種酶的催化作用，改造成人體所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，或分解為二氧化碳和水，釋放熱能供生命活動(dòng)的需要。體內(nèi)新陳代謝產(chǎn)生的廢物也在肝內(nèi)解毒和利用。

肝臟簡(jiǎn)直像一個(gè)化工廠，一個(gè)肝臟大約有二千五百億個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞相當(dāng)于一個(gè)化工車間，整個(gè)肝臟所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)不下五百余種。要制造有這么復(fù)雜機(jī)能的人工肝臟，它的體積會(huì)有幾座巨型建筑物那么大，所以現(xiàn)在制造完全的人工肝臟實(shí)際上是很有困難的。但是人們可以研制部分代替肝臟功能的輔助人工肝臟。

大家知道，患者的肝功能被破壞，在血液中便會(huì)積存許多有毒物質(zhì)，患者會(huì)中毒而陷入昏睡。為了治療肝昏迷，人們正在致力于研制一種輔助人工肝臟完成解毒的肝臟機(jī)。

其中一種裝置被稱為生物人工肝臟。就是將患者的血液導(dǎo)入動(dòng)物肝臟進(jìn)行解毒的裝置。首先把人的血液用玻璃紙管導(dǎo)入透析槽中，再用另外的玻璃紙管和動(dòng)物的肝臟接通，利用動(dòng)物肝臟除掉血液中的有毒物質(zhì)。動(dòng)物的抗原在這種裝置中不能進(jìn)入人體。人們?cè)堰@種裝置用于幾例患者的臨床試驗(yàn)上。

作為純粹的人工輔助肝臟，利用活性碳的解毒裝置也在研制中。活性碳具有吸附各種化學(xué)物質(zhì)的作用。把它制成幾百微米的細(xì)小粒子放入圓筒中，再將患者的血液從中通過(guò)，當(dāng)然還要保證血液不被破壞。輔助性的人工肝臟盡管還很不完善，但對(duì)于醫(yī)學(xué)研究工作還是大有裨益的。

發(fā)展中的人工心臟

心臟好比是人體的發(fā)動(dòng)機(jī)。心臟停止跳動(dòng)，血液不能流動(dòng)，人的生命也就完結(jié)了。制造一種人工裝置來(lái)代替心臟的功能，并長(zhǎng)期使用，這就是人工心臟。

目前，各國(guó)的科學(xué)家們依據(jù)心臟像一只變速、變?nèi)萘康谋玫脑?，正在研制用人造材料、用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的人工心臟。

最初的人工心臟是美國(guó)的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)制造的。其中一種是用電磁鐵為動(dòng)力的鐵制六角型人工心臟。后來(lái)又制成讓發(fā)動(dòng)機(jī)像鐘擺那樣擺動(dòng)互相交替壓迫左右的塑料囊的人工心臟。他們?cè)堰@類裝置安裝在狗身上，代替狗的心臟，使它生存了幾小時(shí)。在這以后，各國(guó)科學(xué)家們爭(zhēng)相研制，人工心臟不斷改進(jìn)?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多人把人工心臟植入動(dòng)物體腔進(jìn)行試驗(yàn)。一位美國(guó)教授給一頭小牛換上了人工心臟，竟成功地使它活了210天，這是目前世界上的最高紀(jì)錄。一位日本博士用山羊做人工心臟的試驗(yàn)，這只山羊也活了130天。

在研制人工心臟的過(guò)程中，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到有以下問(wèn)題需要注意和進(jìn)一步解決。

首先是選用的材料必須有抗血栓性和耐久性?？寡ㄐ允侵钢谱魅斯ば呐K的材料在與血液接觸時(shí)不能使血液凝固產(chǎn)生栓塞。選用什么樣的材料最合適呢？人們?yōu)榇私g盡腦汁，用各種各樣的金屬和塑料進(jìn)行試驗(yàn)。最近，大家認(rèn)為聚亞胺酯和硅素樹(shù)脂兩種材料性能較好。制做人工心臟的材料還必須有耐久性，能在幾十年內(nèi)持續(xù)不斷地推動(dòng)血液循環(huán)。假設(shè)人的心臟每分鐘跳60次，五年間跳動(dòng)的次數(shù)就是這樣的一個(gè)天文數(shù)字：60×60×24×30×12×5=155520000次。如果人工心臟把人的壽命延長(zhǎng)70年，則是這個(gè)數(shù)字的14倍。那么，要用什么樣的材料才有這樣的耐久力呢？目前最結(jié)實(shí)的材料硅素樹(shù)酯也只能持續(xù)使用一二年。所以，研制抗血栓性和耐久性更好的材料是一個(gè)重要的課題。

其次是要有科學(xué)的驅(qū)動(dòng)裝置和精密的計(jì)測(cè)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在的人工心臟只是把人造的血液泵植入動(dòng)物的體內(nèi)，而帶動(dòng)血液泵的巨大的驅(qū)動(dòng)裝置還設(shè)置在體外。它的原理是用電磁閥門調(diào)節(jié)氣體圓筒的陽(yáng)壓和真空泵的陰壓，驅(qū)動(dòng)體內(nèi)血液泵的工作，并用這個(gè)裝置調(diào)節(jié)脈搏次數(shù)以及心臟的收縮壓和舒張壓，來(lái)控制人工心臟。為了使血液循環(huán)保持正常，就需要測(cè)定動(dòng)物體的血壓、血流量，以及血液中的氧、二氧化碳和其它代謝物的含量，并要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，根據(jù)分析的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)心臟的運(yùn)動(dòng)。小型電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為研制這樣復(fù)雜的計(jì)測(cè)、控制系統(tǒng)提供了方便條件。但是，要使驅(qū)動(dòng)裝置小型化，計(jì)測(cè)和控制裝置更加精密，則需更深一步地開(kāi)展研究。

再有就是人工心臟的能源問(wèn)題。目前，由于驅(qū)動(dòng)裝置還設(shè)置在體外，所以是靠交流電來(lái)發(fā)動(dòng)，如果將來(lái)的人工心臟裝置全部植入體內(nèi)，那就產(chǎn)生了使用什么能源的問(wèn)題。

目前，學(xué)界提出了以下三種方案。第一是改革現(xiàn)在的化學(xué)電池，研制體積小效率高的電池，正在研究的有銀鋅電池、鎳鉻電池、鋰電池等；第二是生體燃料電池，把人體內(nèi)的氧和葡萄糖加以利用，這是一種很有吸引力的方法；第三就是利用原子能。事實(shí)上用钚制作的電池已經(jīng)投入使用，安裝在自動(dòng)心室收縮裝置上，植入了人體。在美國(guó)曾研制了钚驅(qū)動(dòng)的人工心臟，放入牛的體內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。它是用核裂變時(shí)產(chǎn)生的熱能推動(dòng)熱引擎，驅(qū)動(dòng)人工心臟進(jìn)行工作。但成問(wèn)題的是產(chǎn)生的余熱不能釋放出來(lái)，造成牛的體溫上升。另外防止放射性污染，也是一個(gè)重要的課題。

以上只是簡(jiǎn)單地介紹了一些主要的人工器官。其實(shí)，除了大腦之外，人體的其它器官的人工制品都在進(jìn)行研究之中。如使啞人能夠說(shuō)話的人工喉；讓盲人重見(jiàn)光明的人工角膜；還有人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工氣管、人工食道、人工皮、人工胰臟、人工膀胱、人工子宮等等。我們可以這樣設(shè)想，在未來(lái)的世界里，人體的各種器官都能用人工制造。那么人類就可以把被疾病損害了的器官一一替換，人類的平均壽命必然會(huì)大大地延長(zhǎng)了。