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“补心手术”发展史:历经数百年,人类给心脏换上了人造零件

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“补心手术”发展史:历经数百年,人类给心脏换上了人造零件

发布日期:2022-06-18 20:53    点击次数:106

“舔过关节,咬住心脏”

除冠心病外,心脏瓣膜疾病也属于后天性心脏病。心脏的泵血功能,是由其内部一系列复杂的构造和电生理机制实现的,其中瓣膜的作用十分关键,它能保障血液的单向流动。一旦瓣膜出现问题,纵使心脏的搏动再有力量,也无法圆满地完成其功能。

以二尖瓣狭窄为例,舒张期血流由左心房流入左心室时受限,使得左心房压力增高,左心房压力的升高又引起与其相连接的肺静脉和肺毛细血管压力升高,继而扩张和淤血。如果患者进行体力活动,因血流增快,肺静脉和肺毛细血管压力进一步升高,即可能出现呼吸困难,咳嗽,紫绀。病变继续加重将导致肺动脉压力相应地上升,引起与其相连的右心室肥厚和扩张,最后可导致心脏功能衰竭,使病人死亡。

说到二尖瓣狭窄,不得不提一个古老的疾病——风湿(rheumatism)。

很多人对风湿的认识仅仅是知道它可以引起关节炎,很多医学院有关风湿的讲授中,教师们都不忘提及这样一句话:舔过关节,咬住心脏。

让人们十分痛苦的风湿导致的关节疼痛,还仅仅是舔了一下,那被风湿咬过的心脏将给病人带来何等的痛苦,也就不难想象了。

风湿热是一种可反复发作的全身结缔组织炎症,主要累及心脏、关节、神经系统和皮肤。其临床表现以关节炎和心脏炎为主,急性发作时通常以关节炎为明显。在风湿活动期过后,不会产生关节强直或畸形等后遗症;但在急性发作阶段的风湿性心脏炎则可致人死亡。急性期过后常遗留程度不等的心脏损害,尤以瓣膜病变最为显著,可形成慢性风湿性瓣膜病。

早在公元前 4 世纪,希波克拉底就已经在其著作中提到了风湿,但像风湿这种涉及多器官系统的复杂疾病,对其认识的过程不可能是一帆风顺的。风湿与心脏病之关系的确立,是两千多年以后的事了。

早期的失败可以用“惨烈”来形容

1669 年, 英国医生约翰 · 梅欧(John Mayow,1641—1679)首次记载了二尖瓣狭窄。

1705 年,法国医生、解剖学家雷蒙德 · 维厄桑斯(Raymond Vieussens,1635—1715)对二尖瓣狭窄的临床表现和病理特点进行了详细阐述。但他们都没能发现二尖瓣狭窄的致病原因。

18 世纪末,学者对风湿性心脏病的认识,才刚刚开始。1793 年,贝利(Matthew Baillie)的《病理解剖学》出版,书中描述了心包炎,此时,作者尚未提及心包炎的病因。1797 年该书的第二版出版时,已出现了心包炎的病因之一可能是风湿的提法。可惜,这一观点在当时并没有被广为接受。风湿到底能否影响到心脏,在学者中并没有一致的认识,这当然与当时的诊断措施有关。那时听诊器还没有出现,尸体解剖的证据,又如何能将心脏的异常与风湿病之间确立起关系来呢。

1816 年法国医生雷奈克发明了听诊器,这才使医生们在活体上发现急性风湿病患者的心脏异常成为可能。

1836 年,学者布雅朗(Jean-Baptiste Bouilland)在其著作《急性风湿合并心包炎和心内膜炎之规律》中,以充分的证据,详尽地阐述了风湿与风湿性心脏病的种种细节,持续了近四十年的争论,至此似乎已经尘埃落定。

人类与风湿病的抗争之路充满艰辛与曲折,这其中,又以外科界对心脏瓣膜疾病进行救治的探索最为坎坷,早期的种种失败甚至可以用惨烈来形容。

当时,主流的学术界尚不认为诸如气短、心脏扩大直至心衰这些情况是由二尖瓣狭窄导致的,他们认为,出现这些情况主要是由于风湿导致了心肌的损伤,而二尖瓣狭窄只不过是这一系列损伤的一部分,对于诸多症状的形成,二尖瓣的问题不起主要作用。这一主流观点一直到六十余年之后才开始真正遭到挑战。

1898 年,萨姆韦斯(D. W. Samways)提到:“我预测,随着外科的发展,那些最严重的二尖瓣狭窄的病例将可能通过外科手段获得缓解。”这距离贝利提出风湿病可能殃及心脏已是百余年了。后来的发展确实印证了他的预测,但在当时,内科学界不认为二尖瓣狭窄是主要问题,而外科界又普遍视心脏为手术禁区,能够提出这样的设想难能可贵。

风湿病一旦影响到了心脏瓣膜,将使其形态发生病态改变,影响循环过程。无论任何药物也无法将这种情况逆转。有学者提出:能否用外科手术的方法来纠治病变的瓣膜呢?

四年后,英国医生布伦顿(Lauder Brunton)在这一设想的影响下,谨慎地迈出了坚实的第一步。他在动物尸体上扩开了狭窄的二尖瓣口,认为通过手术刀或其他机械的办法能将狭窄的瓣口扩大,使其恢复正常大小。布伦顿指出,为二尖瓣狭窄寻找药物治疗方式是没意义的。他希望有朝一日可以在活体上实现扩开二尖瓣狭窄这一操作,并为此设计了瓣膜切开刀,且进行了一些动物实验。这些仅仅是停留在动物实验阶段的操作和对未来人体手术的设想,招致了当时医学界激烈的反对。

十年后,又一个挑战者出现了。1913 年,多伊(Eugène Doyen)首次应用瓣膜切开刀为一例女青年施行瓣狭窄切开术,结果手术失败病人死亡。

“有限的”成功

又十年后,挑战者再次出现。

这回,是一对儿:美国医生艾略特 · 卡特勒(Elliot Cutler)和英国医生亨利 · 苏塔(Henry Souttar)。

艾略特在波士顿布里格姆医院工作。他解剖过风湿性心脏病人的尸体后,认为二尖瓣狭窄是导致病人出现一系列症状的主因。并提出,相对于二尖瓣狭窄,二尖瓣反流是较次要的病理情况,因此纠治二尖瓣狭窄,甚至人工造成少量的反流就是可以接受的了。

基于这一构想,艾略特在 1923 年完成了第一例手术。患者为十二岁女患,二尖瓣严重狭窄,他用瓣膜切开刀通过左心室直达二尖瓣部位,将狭窄的瓣膜切开。术后,患者的病情得到了缓解,于四年后死于另一次心脏病的发作。此后的五年时间里,艾略特又继续实施了六例同样的手术,遗憾的是再也没能重复第一次的成功。

用瓣膜刀在闭式状态下切开瓣膜在当时面临三个问题:

第一,出血无法控制;

第二,切开刀很难准确地恰好放在需要切开的部位;

第三,切开的程度难于控制和估计——当二尖瓣狭窄被切得过度就会导致瓣膜关闭不全,反流严重。

结果令人失望,又似乎从反面证明了,医学界对瓣膜手术持反对态度是正确的。

1925 年,吸取手术失败的教训,伦敦的亨利设计了另一种手术方法。

他切开左心耳,以右食指直接插入左心房,凭借手指的感觉将狭窄的二尖瓣扩开。结果病人幸存,且症状改善。由于有了手指的直接感知,这种手术在一定程度上减少了用瓣膜刀间接切开瓣膜的盲目性,使瓣膜手术有了新的起色。这一方式在二十年后得到了一定程度的推广,但当时亨利却再也没有实施过这种手术。

艾略特和亨利极有限的成功不足以令主流学术界改变观念,由于当时的麻醉技术、对心律失常的认识和处理等诸多因素的限制,心脏手术经验不足,这种手术即使继续下去也极可能遭遇失败。从这个意义来说,亨利急流勇退的选择,虽然在某种程度上可能迟滞了瓣膜外科的发展,却避免了个人的人生悲剧,减少了病人不必要的提前死亡。

艾略特的尝试归于失败,亨利有限的成功亦未能续写,刚刚起步的瓣膜外科,再次停滞了二十余年。

这期间,一场世界大战几乎使整个人类都陷入了灾难之中,但客观上又推动了医学的进步。以美国为例,战争中,快速发展的战地医疗机构意识到了专业胸外科的重要性,因此,“二战”后,胸心外科专业得以顺理成章地成为一个独立的外科分支。另外,自20 世纪 40 年代以后,世界的医学教育和研究中心已经从欧洲转移到了美国。

给心脏“换个零件”

40 年代末,为改进手术治疗心脏瓣膜疾病的效果,有学者试图通过心脏之外的方法缓解二尖瓣的狭窄带来的症状。有人曾应用一段自体主动脉在动物的左心房与左心室之间架设“桥梁”,使部分血液绕过狭窄的二尖瓣口,经旁路抵达左心室,从而减轻左心房的压力负荷。

这一迂回策应的天才思路,后来在先天性心脏病外科专业中得到了很大程度的应用,但在当时因吻合口致命性出血及晚期移植物的变性、阻塞,其未能成功地应用于临床,胎死腹中。随后产生的其他权宜之计也均未能大范围推广。

经过各种手术的探索之后,外科医生的注意力又重新回到用瓣膜切开刀和手指分离狭窄瓣膜的手术上来。经过“二战”,随着麻醉、术中术后的监测及护理技术的日益提高,这一代外科医生进行的心脏瓣膜外科的手术效果,已经大大地进步了。

这一时期的两位领军人物是德怀特 · 埃默里 · 哈肯和查尔斯 · 贝利(Charles Bailey,1910—1993),他们在闭式手术时代创造了手术死亡百分数仅为个位数的奇迹。这是在没有心肺机进行体外循环的情况下达到的成绩。

他们所以成功,除了前述综合技术方面的进步外,还因为哈肯和贝利这两个人都有充分的前期准备。“二战”时,哈肯为 134 名士兵取出心脏弹片,无一例死亡;贝利进行了大量的动物实验,在六十多条狗上做了二尖瓣的手术。

战后,哈肯回到波士顿布里格姆医院,选择二尖瓣狭窄作为主攻方向,他同艾略特就 20 年代瓣膜手术的探索做了交流。哈肯认为左心房应该是个理想的手术入路,与此同时,费城的贝利也意识到了这一点。

由于接连三次手术失败病人死亡,贝利遭到了相当多的批评,甚至被警告说,如果继续如此他将被吊销行医资格。为了改变这一窘境,贝利迎难而上,于 1948 年 6 月 10 日在另外两家医院又分别预约了两名病人。

祸不单行,第一例病人麻醉后出现了心脏跳停,没能抢救过来。贝利敏感地意识到,如果消息传出,那么另一台手术也肯定会被取消,因此他和助手趁医院管理层获得消息之前,火速赶往另一家医院开始了当天的第二次手术……

在接连经历了四次失败以后,他的第五次手术终于取得成功,病人在术后存活了三十八年。

六天以后的波士顿,哈肯也成功地完成了一次二尖瓣狭窄的手术,此前他也经历了四次手术失败。稍后不久,英国伦敦的外科医生罗素 · 布罗克(Russell Brock)亦成功地完成了一例二尖瓣狭窄的分离手术。哈肯将这一成功的消息告知他的导师艾略特,艾略特在弥留之际看到了自己未竟的事业在后继者身上获得成功。

1956 年,贝利做了千余例瓣膜联合部切开术,死亡率 7.9%。哈肯在同一时期也取得了近似的成绩,瓣膜外科得到了很大范围的推广。

但这一时期的手术,由于医生不能直接看到病灶,只是凭经验和手指的触觉,手术的适应症范围是相当有限的,手术效果也远非理想。

直至吉本等人将心肺机成功地带入心脏外科的临床实践,瓣膜外科才真正迎来了光明的前景,由闭式手术,走进了开放的直视手术。外科医生可以在无血的术野下修复有心脏瓣膜了。

可是,新的问题又出现了。对于仅有轻度异常的瓣膜,在体外循环的支持下进行精确修复是没问题的,应该有相当多的患者因此而受惠。但是,当 瓣膜被疾病毁损到无法修复时,又该如何?牙齿出现了小问题可以修补,坏到不能再修时可以干脆换一颗假牙。那么,能否将破损的瓣膜干脆弃掉不用,换一个新的呢?

1958 年,在美国俄勒冈,时年65岁的工程师洛厄尔 · 爱德华兹(Lowell Edwards,1898—1982)找到了年轻的心脏外科医生艾伯特 · 斯塔尔(Albert Starr)。

飞行员林德伯格因为妻妹患有风湿性心脏瓣膜疾病,而想到是否可以制造一个模拟心脏的装置,来实现瓣膜的手术,最后他与外科医生卡雷尔联手制成了当时最好的器官灌注装置;电学工程师巴肯因恰好负责明尼苏达大学医院的医疗器械,而得以同外科医生李拉海合作制成了当时最先进的心脏起搏器。

爱德华兹小时候也被风湿性心脏病折磨过,心脏瓣膜受到了影响,不过好在其病情不重,不至于需要瓣膜手术。爱德华兹在液压工程技术方面成就非常,取得过不少专利,他想:能否将自己这方面的知识与医生的专业知识结合,制造一个人工心脏呢?当遇到斯塔尔时,他表达了这一想法。斯塔尔回答说:“别扯了,现在别说人工心脏,就是连一个合适的人工瓣膜也没有啊,先弄人工瓣膜吧。”

20 世纪 50 年代到 60 年代这十年,随着体外循环机的逐渐成熟,心脏外科手术的平均死亡率由 30% 降到了 5%。这一方面是由于外科医生在不断增多的手术过程中积累了足够的手术经验,摸索出了一整套行之有效的预防并发症的方法;另一方面,由于手术效果的提高,越来越多的心脏内科医生愿意为心脏外科医生提供病人,就使很多病人能够在早期得到有效的外科治疗,避免了那种因疾病已经发展得较为严重才手术导致的死亡。

60 年代初,心脏外科发展史上又一个重大事件出现了,斯塔尔 - 爱德华兹瓣膜正式登场,成为人类历史上第一个可供置换的人工瓣膜。

1961 年,美国外科协会召开的一次学会上,斯塔尔宣读了他的论文,描述了六例瓣膜置换的病例,该论文成了那次会议上最炙手可热的话题。斯塔尔 - 爱德华兹瓣膜的出现,为心脏瓣膜外科的最终成熟铺平了道路。但有多少人知道,为了这一天的到来,人类已经付出了太多太多。

2007年,9 月 15 日,81岁高龄的斯塔尔因为这一救人无数的伟大发明获得美国拉斯克大奖。实至名归。

来源:《心外传奇》,略有删改

图书作者:李清晨

文中部分图片源于网络

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