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學術發展3

台大一號心室輔助器

周迺寬(台大醫院外科部主治醫師) 謝國煌(化工系教授)

 

    對末期心肌衰竭病患,當藥物仍無法維持其基本的血液循環時,或無法使用傳統的外科手術矯正時,只有等待心臟移植。然而,等待心臟移植前,如果再次急性心衰竭時,就需要機械性輔助器系統(Mechanical Circulatory Support)。例如:主動脈氣球幫浦(Intra aortic Balloon pump)、心室輔助器(Ventricular assist device)、全人工心臟(Total Artificial Heart)以及心肺體外循環系統­(Cardiopulmonary bypass)-葉克膜體外維生系統(ECMO;Extra corporealmembrane oxygenation )等,來拯救病患渡過難關到心臟移植。

 

    在台灣,自民國76年,由台大醫院朱樹勳教授、王水深教授帶領移植小組開始第一例心臟移植至今已經完成138例心臟移植。一年存活率86.25%、五年存活率74.26%。其間,又與王水深教授申請心伴型左心室輔助器(HeartMate left ventricular assist device)、梭拉特心室輔助器(Thoratec Ventricular assist device),以及柯文哲副教授、陳益祥醫師組成的葉克膜維生系統急救小組,在臨床經驗累積了:六例心伴型左心室輔助器,兩例成功地接受心臟移植,其中最長使用287天;五例梭拉特心室輔助器,三例成功地接受心臟移植;而葉克膜維生系統也提供了心臟移植前後必要有效的循環輔助。同時,對台灣本土研製機械輔助系統,自民國82年起,在國科會夏漢民主委支持下,由醫學院朱樹勳教授、王水深教授及周迺寬醫師結合了大陸學者錢坤喜先生、化工所陳劉旺教授、謝國煌教授、機械所陳炳煇教授、電機所詹國禎教授、中原醫工所鐘次文副教授及林永生博士等學者專家,向國科會提出心室輔助器之整合型研究計畫,著手研製國內的心室輔助器。

 

    台大一號心室輔助器為一離心型心室輔助器(圖一),與現行心伴型心室輔助器、梭拉特心室輔助器、諾華克心室輔助器(Novacor left ventricular assist device)等隔膜式心室輔助器,血液推動方式不同;與拜耳離心型幫浦(Biopump Medtronic biomedicus centricugal pump)相同,為離心型幫浦。由於隔膜式的心室輔助器體積龐大,控制系統與驅動系統體積與重量需要推車協助搬運,雖然近年來電子控制與驅動裝置,也開始瘦身改造,可以使用肩帶攜帶,但其隔膜式心室輔助器控室體積龐大,對於東方人的身材、手術,困難度上升。於是電子式離心型心室輔助器優點體積小、重量輕、攜帶方便、手術方式容易,對於重量較輕的病患,臨床比較有效。而台大醫院人工心臟研究室,朝此方向努力研發台大一號心室輔助器。其基本結構為,直徑2.5cm、六片流線葉輪、軟質的G 型上腔室(Upper housing)以及硬質下腔室(Lower housing),利用磁偶合驅動原理,在平均0.2661±0.017A及13.55±0.41V的電源下,可以在小公牛長期存活實驗中提供2.08±0.16l/min的流量。其最特殊點是可以提供沒有脈動與脈動的血流,對紅血球的破壞很小。

 

    台大一號心室輔助器其進行了32頭小公牛長期存活實驗(圖二),平均存活16.2±26.1天,其中超過20天的小公牛共有八頭,其存活時間從21天到148天。而實驗終止原因,38%為感染、多重器官衰竭最多;其次,28%為出血性休克,與手術以及術後照顧有關;第三,19%為血栓形成機械故障。統計這八頭小公牛前20天的每天血液之生化數據,其自由血色素維持在4.8±1.6mg/dl左右,代表紅血球被破壞後釋放出自由血色素濃度不高,而其血色素維持8.4±1.6mg/dl,血小板維持在449.76±84.2×103/ul,紅血球數目在6.36±1.01×106/ul的範圍內,代表台大一號心室輔助器對血球的破壞不大,而且腎功能與肝功能都維持在正常範圍內,除了死亡之前2天才會有不正常數值出現。

 

    離心型葉輪心室輔助器,提供軸式流向(Axial-flow)沒有脈動的連續血流。在邁入二十一世紀之際,過去十年來由動物實驗結果得到初步滿意結果,其低噪音,不需體積大的緩衝心腔室,簡單、安全、易操作,攜帶的電子驅動與控制器,使得病患早日恢復日常生活,其人體臨床實驗初步結果,已由歐洲搶先發表。雖然台大一號心室輔助器仍停留在動物實驗階段,仍需努力改進其安全性、穩定性,以及血液相容性外,在民國89年4月21日也申請通過中華民國專利証書新型第154105號專利權。行政院國科學委員會也積極收集台大醫院臨床使用葉克膜維生系統、各型心室輔助器的人體實驗報告成績,以補強台大一號心室輔助器的實驗結果,以期向衛生署提供人體計劃,造福末期心肌衰竭等待心臟移植病患危急時,最有效、最安全、最人性化的救命利器。

 

參考資料

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