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[转载]李清晨:人工心脏的故事(1)

已有 639 次阅读 2019-10-21 18:04 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦| 人工心脏, 发展史, 传奇故事 |文章来源:转载

2012年我在《心外传奇》的前言中写道:人工心脏的故事完全是在回国以后完成的,但这样的环境让我已经无力将这部分再构建成跟前面一样宏大的篇章了,留下了些许遗憾。而今,我已经开始重写《心外传奇》,是时候弥补这个遗憾了,今天是人工心脏故事的第一部分。

心脏遭遇外伤,可以缝合修补,心脏生而存在畸形,可以矫正重建,传导通路出故障了, 可以用心脏起搏器,冠状动脉狭窄了,可以搭桥、支架,瓣膜失去功能了,可以行瓣膜置换,当整个的心脏功能彻底无从挽救了,还可以行心脏移植,心脏外科似乎已经发展到了非常任性乃至肆无忌惮的地步了,那么,这个领域的挑战已经到了尽头了吗?

远非如此。

以美国的数据为例,美国每年有250000病人因心衰而死,同时更有成千上万的病人由于药物治疗无效而症状逐渐加重,虽然在理论上心脏移植似乎给终末期的心脏病人提供了一个一劳永逸的解决办法,但在现实世界里,所有的资源都是匮乏的,尤其是像人类心脏这么宝贵的资源,相比于不断增多的心衰病人,显然是远远不够的,根据2000年的数据,美国每年只有2300个心脏供体,也就是说,更多的病人,只能在地等待移植的过程中绝望而死。

面对死神的从容收割,面对心脏移植的杯水车薪之困,人工心脏的思路自然会引起医学界有识之士的重视。

虽然体外循环技术的从无到有,扫清了人工心脏这一设想的理论障碍,既然心脏是一个保障血液单向流动的肌肉泵,那么,又有什么理由要怀疑人工心脏的可行性呢?但理论上的可行,还仅仅是第一步,实践中要遭遇的困难是难以想象的。

1979年,中国的体外循环先驱叶椿秀访美,在美国的犹他大学实验室中,科尔夫(Willem Johan Kolff,1911-2009)知道中国学者叶椿秀曾在非常艰苦甚至是基本封闭的环境下研究人工辅助循环,也许是出于鼓励,他从裤袋里拿出一把极为普通、木工所用的瑞士军刀,在叶椿秀眼前晃了晃,并一字一句地说:

“我就是用这把刀制作第一个人工心脏的。”

Kolff居然把研制人工心脏的过程说得如此轻描淡写。不过,他更著名的一句话是:“心脏既然能长出来,就一定能被造出来。”

好一个举重若轻。

那么人工心脏究竟是怎样被研制出来的呢?我们不妨从科尔夫的经历来做一番简单的了解。

 

1970年的科尔夫

对于公众来说,人工心脏可能还是个较为陌生的概念,不过若要提到人工肾,也即人工血液透析装置,恐怕不知道的人就少之又少了。从某种意义上来说,这两项发明皆出自科尔夫之手,科尔夫的一生简直就是一个神话般的传奇。

生命,是整个宇宙中最为神奇的造物,因此生命存续的每一分钟都无比珍贵,在自然状态下,很多疾病都可以轻而易举地取人性命,重要器官的衰竭一度被视为不治之症。

有这样一个人,他在童年时目睹过很多病人的死亡,于是他就幻想长大以后能够发明一种机器阻止人的死亡,这样的幻想可能在很多人第一次失去至亲时都会在头脑中一闪而过,但这个人在长大以后,居然把幻想变成了现实,他是科尔夫。

一、荷兰岁月,人工肾锋芒初露

1911年2月14日,科尔夫出生于荷兰莱顿,他的家族乃是古代荷兰的名门望族。他的父亲雅各布原是一名全科医生,1916年成为结核病疗养院的主任。据说他小时候并不想当医生,因为他在父亲所在的医院里目睹了太多病人的死亡,他不愿看到人们死去。也有人说正是因为科尔夫在少年时,亲眼目睹了父亲救治病人的艰难,所以才想学医以助父亲一臂之力。在一次采访中他曾说:“后来,我学医、制造医学仪器的目的就是要阻止人们的死亡。”

1930年,他进入莱顿大学学医。

莱顿大学是荷兰王国历史最悠久的高等学府,也是最具声望的欧洲大学之一,科尔夫在医学院的8年里得到了许多名师的指点。1938年他在格罗宁根大学的附属医院找到了一份工作,在Leonard Polak Daniels手下做住院医生。

Daniels是当时西欧著名的医生,以善于激发住院医生的天赋鼓励他们以非常规手段解决医疗问题而著称,这样的言传身教对科尔夫影响巨大,如果说科尔夫日后的巨大成就是一颗参天大树的话,那么也许在此时,这个种子就已经种下了。

1938年10月,科尔夫眼睁睁看着一位叫Jan Bruning的年轻病人在挣扎死去,而他只能和他悲伤的父母一样无计可施,这让科尔夫无比沮丧,明明只要每天在他的血液里清除20克的尿素他就能活下来,为什么我们做不到?

科尔夫想,如果能找到一种方法,可以清除掉在这名患者血液中积聚的有毒废物,他的生命就可以暂时维持,直到肾功能恢复正常了。(这跟1930年马萨诸塞州的不眠之夜对吉本发明人工心肺机的启示多么地相像!)

从此,科尔夫就开始了对人造器官的不懈追求。

Jan Bruning病死后的几天内,科尔夫一头扎进关于肾衰竭的文献中,在他的导师Daniels教授的支持下,他开始与格罗宁根大学生物化学教授Robert Brinkman博士合作, 努力创造肾透析装置来净化血液,以延长肾衰竭患者的生命。

不过,这项研究从一开始就让科尔夫承受了巨大的压力,当地的医生同行们对这一研究充满了怀疑、蔑视和愤怒,这些庸碌之辈无法想象区区一个科尔夫这样的年轻医生居然可以解决这样的医学难题,就连欧洲和美国顶尖的医学机构都还没能发明出来血液透析装置呢!

科尔夫设计了这样一个实验:在肠衣中灌满血液,排出空气,添加肾脏的代谢废物——尿素,然后,在盐水槽里快速地摇晃肠衣。由于肠衣的半透膜性质,像尿素这样的小分子可以穿过细胞膜,而较大的血液分子则无法通过。五分钟后,所有的尿素都转移到了盐水中。很难相信,这便是人工肾的最早雏形。

1939年,科尔夫和Brinkman设计制造了几种类型的人工肾脏,它们在实验室中运行良好,但还不适合给病人使用。

1940年5月10日,荷兰遭到纳粹德国的侵犯,科尔夫的研究受到了严重的干扰。作为一名爱国者,科尔夫不愿与德国人合作,因此他不得不转移到海牙一家医院工作,在艰苦而简陋的环境下,继续进行人工肾的研究。

在战争期间,人工肾的研究曾几度中断,因为他同时也在秘密地为荷兰抵抗组织工作,并利用医生身份为部分犹太人提供庇护。

在这期间,科尔夫先后断断续续治疗了16位肾衰的病人,由于早期版本的人工肾性能尚不可靠,空气栓塞、肠衣破裂漏血等问题还时有发生,这16位病人都没有活下来。

1945年9月,一位名叫Sofia Schafstadt的67岁女病人被家人带来找科尔夫求治,在当时所有的措施都已治疗罔效的情况下,她已出现肾衰和败血症,进入昏迷状态,其他医生判断,也许只有几个小时的生命了。

此时,距离科尔夫第16次应用人工肾治疗肾衰失败才过去14个月,也就是说,科尔夫已经历了十六连败。这位如此危重的病人又将是什么结局呢?Sofia的家人抱着最后一线希望找到科尔夫,同意科尔夫使用这个性能还不稳定的人工肾挽救他们的母亲。

整个透析过程,科尔夫几乎没有离开病人的床边,经过一整晚的折腾,人工肾从Sofia的体内清除了60克的尿素,次日下午,病人从昏迷中醒转,几个小时后她的肾脏开始排尿,几天后她的肾功能已奇迹般地恢复到接近正常。

类似的治疗和转归在今天可能已经司空见惯,但在当时,这就是魔法般的医学奇迹,消息传开,惊得昔日那些质疑者瞠目结舌。

 

当年的人工肾透析装置

这位历史上第一个经由人工透析救治成功的人,又侥幸多活了七年。

其实在为她救治时,科尔夫还顶着另外的压力,因为在德国侵占荷兰期间,她是一位纳粹合作者,用我们熟悉的语境来说,她是一位“荷奸”。

战后的荷兰人自然会把对纳粹者的愤怒转移到这些合作者身上,在科尔夫决定为其治疗时,有人曾劝他说:“不如让这个作恶多端的女人死掉算了,为什么要救她?”作为一名荷兰人,当强敌入侵时,科尔夫选择不合作;但作为一名医生,他却会认真对待每一名患者。他说:“任何医生都没有权力决定他的病人究竟是好人还是坏人。” 

而今,人工透析技术已经成为了挽救肾衰竭病人的常规手段,数以千万计病人的生命因之得到了延续。

毫无疑问,仅凭此一项功绩,科尔夫亦足以不朽。

然而他的成就却未止于此,或者说,他的辉煌才刚刚开始。

科尔夫早期的经历除了人工肾之外,他还在海牙建立了欧洲第一个血库,这个血库至今仍在使用,因为这个创举,他后来还获得了红十字会颁发的Karl Landsteiner奖章。

除了医学方面的贡献之外,他还在欧洲最黑暗的时刻救助藏匿了从纳粹集中营逃到他们医院的八百多人,真可谓侠肝义胆功德无量。

1947年科尔夫受邀赴美东海岸各州进行了为期三个月的学术演讲,1948年科尔夫第二次赴美接受Amory奖,这一奖项代表着美国学术界对科学与艺术成就的最高认可。

这一年,他还去费城杰斐逊医学院拜访了正在研究人工心肺机的吉本,那时吉本已经在体外循环领域奋战了17年,距离吉本第一次成功地应用心肺机进行房间隔手术还有6年。

吉本的研究工作给了科尔夫以极大的启发,隐约萌生了设计制造人工心脏的想法。

这两次美国之行,让科尔夫眼界大开。

在荷兰,没有工业体系资助科学研究,而在美国,这是常态。另外,在美国一个医学研究者可以专心全职地在大学做教学和研究,不需要再通过行医治病来养家糊口。

1949年春,科尔夫接到美国克利夫兰医学中心的邀请,希望他能在这里做专职的医学实验研究,次年三月,科尔夫抵达美国,在这里他将走向人生和研究事业的巅峰。

二、初到美国,让心跳暂停

在克利夫兰,科尔夫与Frank Mason Sones、Donald Effler*进行了很多合作,为克利夫兰设计了第一个可供临床使用的人工心肺机。

为了解决心脏手术时心脏还有跳动这个问题,科尔夫通过文献复习发现,英国学者Donald Melrose曾报道过将柠檬酸钾注射进冠状动脉可以使心脏停跳,科尔夫等人重复了这一研究,并设计了可以人的心脏在手术时停跳并在术后恢复跳动的方法。

1956年3月17日,由Effler主刀为一个17月大的患儿进行房间隔缺损修补的手术,科尔夫负责体外循环,这是克利夫兰医院第一次使用科尔夫设计的膜式氧和器的体外循环机进行心脏手术,也是医学史上第一次实现使用柠檬酸钾让心脏停跳再复跳。这个患儿术后恢复顺利,15天后出院。

自此,克利夫兰医院开始在心脏病的治疗方面名声渐起,后来又由于阿根廷医生René Gerónimo Favaloro *的加入,使这家医院在心肌血运重建领域率先取得突破,仅仅数年之间,克利夫兰医院就由一所小型的私人医院成长为举世知名的心脏医疗中心,而今这家医院每年进行的心脏手术达数千例。

科尔夫逐渐成为一颗炙手可热的学术明星,世界各地有许多心怀抱负的研究者来到他的门下学习,结果,科尔夫实验室原本南腔北调的英语,最后统统变成了荷兰口音的英语。

1955年春天,美国成立了人工器官协会,科尔夫当选为第一任主席,在美国仅仅5年的时间,科尔夫就强龙压死地头蛇,坐上了全美人工器官领域的第一把交椅。

在这次会议里,大家主要讨论了人工肾透析,体外循环等热门话题,像人工心脏之类的想法,只有科尔夫等少数与会者有所提及。在当时,人们在内心深处还残留有关于心脏的敬畏,哪怕是对一个濒死于心衰的病人,那么也许最好的结局就让他自然死去。用人工心脏来延续他的生命,岂不是僭越上帝的角色?

但此时正当春风得意踌躇满志的科尔夫,已暗暗下定决心要以毕生之力去挑战这一无比艰难的任务:

造出人工心脏,挽救心衰病人。

1957年,科尔夫和一位35岁的日本研究者Tetsuzu Akutsu合作,用了6个月几乎全天候的努力,开发出一种有4个腔室的人工心脏,该装置通过使用循环液压产生脉动血流,这个版本的人工心脏从外观上看起来很像人的心脏。

 

Kolff-Akutsu Heart

1957年12月12日,他们将一条实验犬麻醉后连上体外循环机,在体外循环的支持下,将这枚人工心脏植入实验犬的体内,当体外循环终止之后,人工心脏继续维持了90分钟的血液循环。

四个月后,科尔夫和Akutsa在美国人工器官协会的第四次会议上报告了这次试验。与会的同道们对这一试验大都持审慎的态度,但有些人已经在几个月后也加入到人工心脏研究的大军中来了,在美国之外,也有一些团队做了一些尝试。

 

Tetsuzo Akutsu

比如阿根廷医生多明戈·桑托·李奥塔(Domingo Santo Liotta,1924—)在法国里昂完成外科方面的训练之后,就对人工心脏研究产生了兴趣,1958年,他回到阿根廷之后,就在科尔多瓦国立大学建立了自己的研究团队,他和自己的兄弟Salvador还有一位意大利退休工程师Thomas Taliani制造了早期的人工心脏,并利用狗和小牛做了数百次实验,实验结果在当时看来非常乐观,因此,学院的院长就建议李奥塔将自己的研究在美国人工器官学会的会议上发表。

 

Domingo Santo Liotta

当李奥塔带着自己的论文出现在大西洋城的会议时,科尔夫意识到这个年轻人必将会在这一领域有所成就,于是便极力邀请他来美国克利夫兰医学中心。科尔夫最终成功地将李奥塔招至自己麾下,1961年,他们即报告了在狗体内植入人工心脏的实验结果,利奥塔由此在美国的学术圈崭露头角。

其后,利奥塔又先后与德克萨斯州休斯顿贝勒医学院的麦克·埃利斯·德贝奇和丹顿·阿瑟·库利合作,继续在人工心脏的研究领域披荆斩棘。但利奥塔的这段脚踩两只船的研究经历,也间接引发了现代医学史上一场著名的纷争。

 

德贝齐(1908-2008)与库利(1920-2016)

两位当时可称是最优秀的心脏外科医生,从昔日亲密的合作者,变成近40年一句话不说的死对头……

 

长缨在手,敢缚苍龙,各位读者能猜出来这幅图表现的是哪个器官或手术吗?



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