神秘莫测的人工器官

吕雪萱

钟表的发条断了，送到修理部去，换上一根新的发条，钟表就又嗒嗒地走动起来。收音机的电子管坏了，只要换上一只新电子管，就会重新发出清晰的音响。

那么人体的某一种器官出了毛病，吃药打针都不能治愈，能不能也随时换上一个新的器官呢？据说在古希腊的时候，人们就有过这种幻想。到了近代，先进的医务工作者们已经把这个幻想变成现实，早已开始孜孜不倦地研究器官移植术和人工器官的制造。

器官的移植就是把他人的健康器官取来，替换人体已丧失功能的器官，以挽救病人的生命。对心脏、肾脏、肝脏，都已经进行过许多移植试验，其中肾脏移植的研究进展最大。但是器官移植碰到的最大障碍是人体的排异反应，且迄今未能克服。原来，人体有一种奇特的本能，就是能够识别异体器官，并产生抗体来摧毁它，从而使移植的器官受到破坏，失去功能。这本来是属于保护身体的一种免疫反应，但却给器官移植带来很大的困难。尽管医生们采用多种药物来控制排异反应，但迄今为止还没有取得满意的成果。另外，同种异体器官移植还受到供应来源和保存等方面的限制，所以一部分科学工作者就另辟蹊径，开始研制人工器官。

人工器官是人工制造的具有器官功能的机械装置，把它安装在人体上不会产生异体移植的排异反应，而且人工器官可以大量生产并易于保存。如果人体的各种器官都能研制成功，患者就能各取所需，随意替换失去功能的器官。这样，对许多垂危的患者就有起死回生的作用。

人造血管

血管是输送血液的管道，全身的血液循环全靠心脏和许多血管来维持。血管发生病变或损坏，必然会影响血液畅通，导致其它器官因缺血而不同程度地丧失功能。

治疗血管疾病常常需要切除病变血管，这样就会造成血管缺损，必须另用完好的血管来替换。医务工作者们在很早以前就在寻找血管的代用品。十九世纪末，有人曾用玻璃管和象牙管做过实验，但都没有成功。

上世纪五十年代后期，高分子化学研究有了进展，推动了人造血管的试制。开始有人用维尼龙管来代替大的动脉血管，初步取得成功。后来又有人用奧纶或尼龙材料做成血管来代替腹动脉，也同样取得了成功。但这些最初的人造血管缺乏弹性，容易折损，发生血栓的机会较多。经过不断改进，研究者发现，用涤纶和特氟隆纤维织成的蛇腹一样的人造血管性能最好，它质地柔软，可以随意弯曲，材料无毒，坚固耐用。这种血管植入人体后，周围会长上一层薄薄的结蒂组织，使人造血管和人体发生愈合，管壁上也会形成一层薄薄的内膜，表面光滑，可以保持血液畅通，不致引起血栓。

人造血管在代替小血管方面效果还不理想。由于人造小血管管腔口径小，移植后管腔长出一层内膜就更加狭小，造成血液流通不畅，会发生血栓。最近，有人研制了一种特氟隆的新材料，在制造小血管方面也取得了一些进展。总之，看来似乎最简单的人工器官——人造血管的研制，也要付出许多艰苦的劳动。

人工心肺机

心脏的跳动产生维持血液循环的动力。肺脏通过呼吸作用，提供人体所需要的氧气，排出二氧化碳，这两者都是维持生命的重要脏器。当人的心脏发生严重病变、必须进行复杂的心脏手术时，就要用一种装置代替心脏完成血液循环并代替肺脏进行气体交换。这种装置在五十年代便已经试制成功了，叫做人工心肺机。

人工心肺机是由人工肺和心脏泵组成的。它把全身流回来的静脉血导向体外，给氧后，再将血液由动脉输送到全身。

人工肺有把血管导入塑料圆筒或囊袋中，向里面直接吹入氧气的鼓泡式人工肺，也有在导入血液的槽中置人成叠转动的片盘，并吹入氧气的转盘式人工肺。这两种人工肺由于是直接向血液中吹入氧气，所以红血球往往被破坏。因此，最近又研究出通过硅素树脂间接交换氧气和二氧化碳的人工肺。

人工心脏泵经常采用在橡胶管中用滚转物挤压血液的转棒型泵。

人工心肺机在进行心脏手术时，只能在几小时之内代替心脏和肺的工作，这和能永远代替心脏机能的人工心脏装置是不一样的。

渐趋完善的人工肾脏

肾脏的功能是分泌尿液，排除体内新陈代谢的废物。它体积虽小，但血液流量很大，每五分钟流经肾脏的血量就约等于全身的总血量。人的肾脏如果丧失了功能，人体中的尿素、肌酸酐等废物积存在体内，患者就会发生致命的尿毒症。

人工肾脏就是通过透析作用，清除血液中废物的装置。它是根据膜平衡原理设计的。把玻璃纸那样的半透膜放在中间，两边灌入渗透压不同的两种液体，在压差作用下，物质穿过半透膜相互移动，变成等压，这就是透析作用。根据这个原理，将含有废物的血液导入半透膜管中，放入适当调节了渗透压的透析液中，通过透析作用，血液中的尿酸、肌酸酐等有毒物质扩散到透析液中，使血液得到净化。

各国的科学工作者们设计了许多类型的人工肾，其中有线圈型和积层型。线圈型是用半透膜管绕成线圈状，导入血液，放入盛有透析液的槽里。积层型就是用若干张半透膜，排列起来，让血液和透析液分层在半透膜之间流动，进行透析。

最近还研制成功一种叫赫罗发型的小型人工肾，它是由一万多根内径只有几百微米的极细的纤维管组成，纤维管内导入血液，然后放入盛有透析液的圆筒，进行透析。这种小型人工肾透析面积大，速度快，临床使用效果好。

几十年前人工肾脏只能用于进行几次透析就可以治愈的急性肾脏病患者。现在，随着人工肾脏的改进，已经可以为肾机能衰竭的慢性患者做长达数年的治疗了。

只能起点辅助作用的人工肝脏

肝是主宰生命的脏器，胃肠将食物消化转变为葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等，这些养料通过静脉进入肝脏，在肝脏内经过多种酶的催化作用，改造成人体所需要的营养物质，或分解为二氧化碳和水，释放热能供生命活动的需要。体内新陈代谢产生的废物也在肝内解毒和利用。

肝脏简直像一个化工厂，一个肝脏大约有二千五百亿个细胞，每个细胞相当于一个化工车间，整个肝脏所进行的化学反应不下五百余种。要制造有这么复杂机能的人工肝脏，它的体积会有几座巨型建筑物那么大，所以现在制造完全的人工肝脏实际上是很有困难的。但是人们可以研制部分代替肝脏功能的辅助人工肝脏。

大家知道，患者的肝功能被破坏，在血液中便会积存许多有毒物质，患者会中毒而陷入昏睡。为了治疗肝昏迷，人们正在致力于研制一种辅助人工肝脏完成解毒的肝脏机。

其中一种装置被称为生物人工肝脏。就是将患者的血液导入动物肝脏进行解毒的装置。首先把人的血液用玻璃纸管导入透析槽中，再用另外的玻璃纸管和动物的肝脏接通，利用动物肝脏除掉血液中的有毒物质。动物的抗原在这种装置中不能进入人体。人们曾把这种装置用于几例患者的临床试验上。

作为纯粹的人工辅助肝脏，利用活性碳的解毒装置也在研制中。活性碳具有吸附各种化学物质的作用。把它制成几百微米的细小粒子放入圆筒中，再将患者的血液从中通过，当然还要保证血液不被破坏。辅助性的人工肝脏尽管还很不完善，但对于医学研究工作还是大有裨益的。

发展中的人工心脏

心脏好比是人体的发动机。心脏停止跳动，血液不能流动，人的生命也就完结了。制造一种人工装置来代替心脏的功能，并长期使用，这就是人工心脏。

目前，各国的科学家们依据心脏像一只变速、变容量的泵的原理，正在研制用人造材料、用发动机驱动的人工心脏。

最初的人工心臟是美国的科学家们设计制造的。其中一种是用电磁铁为动力的铁制六角型人工心脏。后来又制成让发动机像钟摆那样摆动互相交替压迫左右的塑料囊的人工心脏。他们曾把这类装置安装在狗身上，代替狗的心脏，使它生存了几小时。在这以后，各国科学家们争相研制，人工心脏不断改进。现在已经有许多人把人工心脏植入动物体腔进行试验。一位美国教授给一头小牛换上了人工心脏，竟成功地使它活了210天，这是目前世界上的最高纪录。一位日本博士用山羊做人工心脏的试验，这只山羊也活了130天。

在研制人工心脏的过程中，科学家们认识到有以下问题需要注意和进一步解决。

首先是选用的材料必须有抗血栓性和耐久性。抗血栓性是指制作人工心脏的材料在与血液接触时不能使血液凝固产生栓塞。选用什么样的材料最合适呢？人们为此绞尽脑汁，用各种各样的金属和塑料进行试验。最近，大家认为聚亚胺酯和硅素树脂两种材料性能较好。制做人工心脏的材料还必须有耐久性，能在几十年内持续不断地推动血液循环。假设人的心脏每分钟跳60次，五年间跳动的次数就是这样的一个天文数字：60×60×24×30×12×5=155520000次。如果人工心脏把人的寿命延长70年，则是这个数字的14倍。那么，要用什么样的材料才有这样的耐久力呢？目前最结实的材料硅素树酯也只能持续使用一二年。所以，研制抗血栓性和耐久性更好的材料是一个重要的课题。

其次是要有科学的驱动装置和精密的计测控制系统。现在的人工心脏只是把人造的血液泵植入动物的体内，而带动血液泵的巨大的驱动装置还设置在体外。它的原理是用电磁阀门调节气体圆筒的阳压和真空泵的阴压，驱动体内血液泵的工作，并用这个装置调节脉搏次数以及心脏的收缩压和舒张压，来控制人工心脏。为了使血液循环保持正常，就需要测定动物体的血压、血流量，以及血液中的氧、二氧化碳和其它代谢物的含量，并要对这些数据进行综合分析，根据分析的结果来调节心脏的运动。小型电子计算机的出现，为研制这样复杂的计测、控制系统提供了方便条件。但是，要使驱动装置小型化，计测和控制装置更加精密，则需更深一步地开展研究。

再有就是人工心脏的能源问题。目前，由于驱动装置还设置在体外，所以是靠交流电来发动，如果将来的人工心脏装置全部植入体内，那就产生了使用什么能源的问题。

目前，学界提出了以下三种方案。第一是改革现在的化学电池，研制体积小效率高的电池，正在研究的有银锌电池、镍铬电池、锂电池等；第二是生体燃料电池，把人体内的氧和葡萄糖加以利用，这是一种很有吸引力的方法；第三就是利用原子能。事实上用钚制作的电池已经投入使用，安装在自动心室收缩装置上，植入了人体。在美国曾研制了钚驱动的人工心脏，放入牛的体内进行了实验。它是用核裂变时产生的热能推动热引擎，驱动人工心脏进行工作。但成问题的是产生的余热不能释放出来，造成牛的体温上升。另外防止放射性污染，也是一个重要的课题。

以上只是简单地介绍了一些主要的人工器官。其实，除了大脑之外，人体的其它器官的人工制品都在进行研究之中。如使哑人能够说话的人工喉；让盲人重见光明的人工角膜；还有人工骨、人工关节、人工气管、人工食道、人工皮、人工胰脏、人工膀胱、人工子宫等等。我们可以这样设想，在未来的世界里，人体的各种器官都能用人工制造。那么人类就可以把被疾病损害了的器官一一替换，人类的平均寿命必然会大大地延长了。