编者按：日前，研究人员开发出心脏起搏器的升级版——新型纳米材料“心脏电网”。这种心脏电网运用新型弹性导电纳米材料，对不同心脏独特的三维形状都能够完美贴合，从而为整个心室提供同步电刺激。心脏电网技术重建及模拟了生理学机能，装置精巧，力量强大。这是一项创新的生理机能恢复方案，为精密的工程学和复杂的医学相结合提供完美的范例，这一创新有望大幅改善心衰患者的生存状态，或将心力衰竭治疗领域的里程碑。
新型纳米材料“心脏电网”一项创新的生理机能恢复方案日前，由波士顿贝斯以色列女执事医疗中心(BethIsraelDeaconessMedicalCenter，BIDMC)和韩国首尔国立大学联合进行的一项研究开发出心脏起搏器的升级版——新型纳米材料“心脏电网”。心脏电网运用新型弹性导电纳米材料，对不同心脏独特的三维形状都能够完美贴合，从而为整个心室提供同步电刺激。
BIDMC的心血管部门研究员HyeJinHwang是文章的通信作者。他表示：“在设计中过程中，我们想要一种与心脏组织十分类似的材料：既有弹性，又要有强导电性能。”他的小组和首尔国立大学的纳米材料专家TaeghwanHyeon博士，以及擅长弹性装置的Dae-HyeongKim博士合作，联合研发这种新的纳米复合材料。
图1：Dae-HyeongKim博士的团队研制的血管支架，具有柔软、导电的特点，还可以对药物释放进行监控。在此基础上，他们已开发出可用于“心脏电网”的全新装置
在为期两个月的动物实验中，电网使受损的大鼠心脏恢复张弛，降低了心室压力，增强了心脏的收缩功能，同时消除了心室性心律失常。下一步，研究者们将在大型哺乳动物身上对心脏电网装置的长期有效性进行评估。最终目标将是针对心脏病患者的临床应用。
哈佛大学医学院副教授PeterJ.Zimetbaum指出，这项研究的重要意义在于，电网装置精确模仿了正常心脏跳动的生理功能。Zimetbaum同时还担任BIDMC医疗中心副主任和临床心脏病医学主任。Zimetbaum非常看好这项技术，他认为对心脏进行全包围已不是什么新概念，但是心脏电网技术重建及模拟了生理学机能，装置精巧，但力量强大。这是个创新的生理机能恢复方案，为精密的工程学和复杂的医学相结合提供完美的范例。
“心脏电网”或成为心衰治疗的里程碑可大幅改善心衰患者的生存状态看完这则报道，心情激动地难以平复，笔者认为心脏电网技术有望大幅改善心衰患者的生存状态，或将成为心力衰竭治疗领域的里程碑。
心力衰竭是心内科的顽疾，其危害性不亚于慢性肿瘤。各种心脏疾病在终末期都会出现心力衰竭，晚期阶段，心脏泵功能急剧下降，患者轻度活动即出现胸闷气喘，无法从事任何日常体力活动，生活质量极差，旁人望之亦觉凄惨。流行病学调查显示，目前全世界有2.6亿慢性心衰患者，中国心衰患者约万，随着人口老龄化，心衰人群及其相关费用也在飞速增长。
图2：心衰是全球性的严峻挑战
心衰的非药物治疗进展在心衰的非药物治疗中，心脏移植进行的比较早。年，Barnald大胆尝试，首开人体心脏移植的记录，但死亡率极高。随后，由于手术及相关技术的不断提高，尤其是抗免疫排斥药物的研发，心脏移植的成功率大幅度提高，手术成功患者的心功能大多可达到NYHA一级。
但是，心脏移植手术风险较大，在院死亡率在7%左右。心脏术后并发症包括感染、败血症、供心衰竭、出血、冠状动脉粥样硬化、慢性肾衰竭、免疫排斥反应以及服用免疫抑制剂的副作用。另外，供体严重不足、费用高昂等问题严重限制了该手术的开展。美国每年需要心脏移植的心力衰竭患者大约是5万例，但是心脏供体却不足个。
面对如此庞大的病人群体，医疗技术人员另辟蹊径，开创了器械治疗作为心力衰竭药物治疗基础上的辅助治疗，能够有效降低心力衰竭的病死率，逆转左室重构，改善生活质量。
在心力衰竭阶段，心脏的病理生理各方面均会出现严重的改变，在电生理方面，会出现左右心室不同步；在心脏结构方面，表现为左心室心腔极度扩大，瓣膜反流；在血流动力学方面，可出现射血分数严重减低，外周有效循环明显下降；在心肌方面，出现收缩力下降，泵功能减退；在神经内分泌方面，出现交感兴奋，β受体上调毒性作用等等。
尽管困难重重，伟大的医疗科技人员永远不会放弃，他们针对心衰各个环节作出了全方位的努力：
1强制协同即心脏同步化治疗，主要用来治疗左右心室的不同步，植入后通过心室强制起搏，使心跳趋向于同步，在入选患者条件适合的情况下（经药物优化治疗3～6个月后仍有症状、射血分数减低（≤35％）、宽QRS间期，预期寿命超过1年、存在左右心室收缩失同步的慢性心衰患者。）可减少中重度心衰患者再入院、逆转心室重构、降低病死率。
近年来CRT技术的新进展主要是左室四极导线和左室多位点起搏技术（MPP）。左室四级导线的4个电极（D1、M2、M3、P4）和右室电极能形成10个不同起搏向量配置，能有效降低左室起搏阈值、通过参数调整使膈神经刺激等反应最小化、延长电池寿命、降低左室导线脱位风险，增加左室电极稳定性。另外，左室心内膜起搏及无导线起搏技术在CRT中的应用也是近年CRT技术的新进展，但其安全性和有效性还有待临床研究和临床实践的进一步证实。
2心肌收缩调节器治疗慢性心衰CCM系统包括1根右房电极和2根右心室电极，经静脉途径分别置于右心耳部、右心室间隔中位及低位，在感知到心室收缩后在绝对不应期发放高电压的电刺激：在双心室电极在感知到合适的AV间期（70～ms）后，第2根心室电极右心室QRS起始后35ms时，2根电极同时发放电刺激；可在不增加心脏耗氧的情况下增加心肌收缩力CCM不仅通过局部电刺激增加心肌细胞钙离子内流提高心肌收缩力，同时通过降低交感神经输出，增加迷走神经兴奋性来调整自主神经平衡，从而达到逆转心室重构、改善心衰症状、提高心衰患者生活质量的治疗目的。CCM的功效相当于联合应用β阻滞剂和迷走神经刺激，但是该效应局限于心脏，无全身不良反应。
3经皮左室重塑心衰患者大多左室心腔扩大，心肌收缩乏力，左室射血分数明显下降，由此，提出另一治疗方案是对于扩大的心腔“减容”，经皮左室重塑术（percutaneousventricularrestoration，PVR）PVR是通过动脉导管系统，将降落伞样的心室隔离装置送达左心室心尖部，达到缩小左室容积、改善心衰症状、逆转心室重构的效果。其适用人群主要为前壁心梗后心尖部运动减弱或消失导致射血分数下降的心衰高危患者。Costa等的研究中，31例成功植入心室隔离装置，平均随访3年后，NYHA心功能分级在85％的患者中得到改善或维持，左室舒张末期容积及收缩末期容积指数均有所改善。
图3：心衰治疗“降落伞”技术
4改善射血能力的左室辅助装置机械循环辅助装置(mechanicalcirculationsupport，MCS)可辅助或者完全替代心脏功能，能够使患者安全过渡至心脏移植甚至替代移植，此外在其支持下还能有助于患者过渡至心力衰竭诱因消失或者心功能恢复。近年来，小型、方便及性能可靠的MCS逐渐进入临床应用。
TandemHeart是一个驱动血液向单一方向流动的离心泵。导管经房间隔将氧合血液从左心房抽吸出来，再由离心泵推进至髂动脉进入全身动脉系统。
Impella头端通过主动脉瓣，直接将左心室的血泵入升主动脉，使左心室去负荷，降低左心室舒张末室壁压力、肺动脉锲压(PCWP)和心肌氧耗量，同时提高冠状动脉灌注压及血流。
HeartMateII(HMII)是第二代LVAD的代表，HMII是一个电驱动的轴流泵，“叶轮-转子”是其仅有的运动部位，能产生高达10L/分钟的非搏动持续性的血流。年FDA已经批准HMII的临床应用。
第三代的左心室辅助装置是一个离心泵，其推进器或转子靠磁悬浮或流体动力悬挂在泵的主体腔内，各个部件之间没有接触，减少了摩擦，提高了泵的耐久性。包括Heart-Ware、TerumoDuraHeart和HeartMateIII。
全人工心脏(TAH)适用于全心力衰竭的晚期患者。前全世界共有约例心力衰竭患者置入TAH。当前FDA批准的TAH是CardioWestTAH。它是一个气动泵，带有4个机械瓣膜及2个70mL的心室腔，能提供9.5L/分钟的搏动性血流。在于药物治疗的对照试验中，CardioWestTAH组明显高于药物组。
尽管越来越多的证据表明MCS对慢性难治性心力衰竭患者的有效性。但是也存在着不少缺陷，如持续性轴流泵不符合生理性血流，以及出血和血栓问题。
图4：HeartMateII(HMII)是第二代LVAD的代表
5神经内分泌干预辅助器材对心衰神经干预治疗少为人知，治疗迷走神经刺激疗法（vagusnervestimulation，VNS）和脊髓刺激疗法（spinalcordstimulation，SCS）等。二者的主要原理为增强副交感神经／迷走神经的调节作用，从而改变心衰患者出现的交感－副交感神经调节失衡状态。但两者的临床效果尚不确定。
新型纳米材料“心脏电网”治疗心力衰竭虽然目前应用于心力衰竭的各种设备品种繁多，门类齐全，但是对于增强心肌本身机械收缩力的设备尚无报导，而CCM系统仅仅是通过电刺激来促进心肌收缩。新型纳米材料“心脏电网”的提出是个革命性的概念，这种纳米材料具备良好的收缩能力以及强大的导电性能，理化性能非常类似于心肌。
在工作状态下“心脏电网”像网兜一样紧紧覆盖的心脏表面，与心外膜密切贴合。一方面可以通过挤压作用减小左室容积，像植入“降落伞”一样提升心脏的博出量；另一方面，就像附着于心脏表面的外骨骼，通过的纳米材料的张力调整来帮助心肌的收缩，从而直接提升心肌收缩力。这一点是目前所有左室辅助装置都无法做到的，更何况它的血流状态与生理状态下别无二致，这一点是非常难能可贵的。
还有最神奇的一点是新型纳米材料“心脏电网”因为材料本身可以导电，它紧贴心脏表面，可以起到心外膜起搏电极的功能，因此它可以具备CRT的全部功能，并有过之而无不及。因为CRT只有3-6个电极，形成10个不同起搏向量配置，而新型纳米材料“心脏电网”因为像蜘蛛网一样分布在心外膜表面，理论上可以形成无数个电极回路。通过计算机程序的优化，可以非常精确地模拟生理顺序激动各部分心肌。优化的心肌再同步化程序，再加上辅助收缩功能的强化，这样的设备的性能实在是令人期待啊！
相信在不远的未来，在医疗技术人员的不懈努力下，心衰患者生活治疗将大幅度的提高。“给时光以生命，而不是给生命以时光”！
作者简介姜海滨，南京医科大学附医院心内科副主任医师，中国心血管医生创新俱乐部（CCI）第一期青年会员。长期从事心血管病介入治疗，善于结构性心脏病介入治疗器材创新研制，拥有国家专利8项。在首届“创心”心血管诊疗技术与器械创新设计大赛总决赛上，姜海滨团队研制的“螺旋连接结构经导管植入可回收可调整主动脉瓣膜支架系统”，创造性地在瓣膜支架系统上采用了螺旋连接结构，通过简单的设计，完成了目前国际上经导管瓣膜支架所无法达到的功能，产品成熟，功能可靠，研发投入少，生产成本大幅下降，并掌握核心技术专利，具备良好的经济效益和社会效益。
欢迎所有对心血管诊疗技术与器械创新感兴趣的同道们鍖椾含甯備腑绉戝尰闄㈠ソ涓嶅ソ鍖椾含鍝噷娌荤枟鐧界櫆椋庢瘮杈冨ソ