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骨骼肌能源在心脏辅助循环中的发展现状
辅助循环是用机械或生物机械手段部分或全部替代心脏泵功能，以维持良好的全身循环 状态的一种治疗方法。其装置包括全人工心脏(TAH)和心室辅助(VAD)装置。随着科学技术的 不断进步，辅助装置逐渐向小型化、完全植入化发展，相应的也要求它的能源能量密度高、 体 积小，发热少、损耗小，并且可植入体内，能长期使用。由于能源的特殊要求，心脏辅助装 置的发展受到限制，而利用自体骨骼肌收缩产生的能量来驱动辅助循环，可以摆脱外部的能 源装置、支持它的电池组、经皮传递线圈、能量控制器等，是一种很有前景的辅助方法。目 前 ，骨骼肌刺激电极及能量转换器随着科学技术的发展，结构得以改进，效率得以提高，并且 随着外科技术的成熟用骨骼肌包裹心脏也已成为一种有效的方法。但是长期的电刺激使骨骼 肌细胞内外结构发生变化，影响了它的长期运动功能，骨骼肌的纤维化、收缩功能的变化也 阻碍了它的发展，这些是目前急需解决的问题。本文对骨骼肌能量三种利用方法(线性骨骼 肌能量转换系统、“插入型”骨骼肌激励器、动力性心肌成形术)的发展现状作一综述。 一、线性骨骼肌能量转换系统 1959年Kantrowitz［1］和他的助手们首次报道了在实验研究中使用骨骼肌作为辅助 循环的能源，以代替被损害的心肌，以后逐渐有人研究和改进。宾夕法尼亚州立大学的研究 者们研究表明骨骼肌经过长期电刺激，它的超微结构、新陈代谢、生理特性等都发生变化， 骨骼肌转变为一种耐疲劳的状态，并论证了使用狗的背阔肌(LDM)增加心脏功能的可行性 ［2］。 在对骨骼肌的起、止端的选择上及骨骼肌能量特性，研究者们也作了比较分析。Vinay B ［3］等人把狗的背阔肌的起、止端分别连接在同一能量转换装置上进行了实验研究 。当背阔肌起端在前负荷为23.4 N时，每千克肌肉大的能量输出约47.1 W；止端在前负 荷为26 N时，高的能量输出约59.9W。因此，研究者大都选用骨骼肌的止端连接能量转换 装置。目前全人工心脏系统需要的能量为12～15 W，一些可植入的心室辅助装置(VAD)据报 道小到4～8W［4］。如果按照所提供的数据，成年人的背阔肌重量约为220 g［ 5］，肌肉能量为60 W/kg时，通过线性能量转换系统则转换为12 W的能量。假定转换中 有50%的损失，使用单侧或双侧的背阔肌也能够驱动循助循环。这样用自体骨骼肌作为能源 ，可使我们摆脱外部的能源，避免了感染和排斥反应。 早期的报道都是使用线性的骨骼肌激励器，把背阔肌的一端和复杂的能量转换系统相连，用 体内电极刺激胸背神经使背阔肌收缩，带动能量转换系统，驱动辅助循环装置。随后转 换系统有了进一步的改善，效率也得到提高。如使用推杆式金属板泵的线性 转换系统［6］作为人工心脏的能源激励器。把背阔肌的止端与泵背部的摇臂相连， 通过凸轮、滚筒、曲柄等把肌内收缩的能量传递给金属板泵，整个系统可以完全植入。在前 负荷为10 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)后负荷为75 mmHg的模拟实验研究中，泵的输出 流量为 0.8～2.0 L/min，肌肉的输出能量为2.5～5 mW/g，当肌肉收缩长度为4 cm时激励器输出 约 为25 ml/每搏量，整个系统的效率约为50%。还有通过机械-液压能量转换器把背阔肌收缩的 能量提供给辅助循环装置［7，8］。Farrar和他的助手们把麻醉的山羊的背阔肌止端 连接在机械部分的活塞上，肌肉收缩带动液压活塞，改变液压激励器的压力。随着肌肉前 负 荷的增加，能量转换器输出功线性增加，此线性关系的斜率成为肌肉收缩特性指数，相当于 心 脏前负荷和每搏输出功的关系，研究表明肌肉缩短2.5 cm时，输出功为1 J，液压能量转换 器的压力约为760 kPa，并且可以通过改变液压能量转换器的活塞面积使LDM提供给辅助循环 的能量达到优化。
