嚴重的心率減慢會導致人體暈厥、猝死等，安裝心臟起搏器是這類患者的主要治療手段。心臟起搏器通過使用電擊對心臟的肌肉做持續與規律的刺激，來維持心臟的持續跳動。目前普遍使用的是電子起搏器。電子起搏器可以有效延長患者生命并提高生活質量，但具有不能隨情緒或激烈運動做出自主調節、需要定期更換、安裝前后或安裝位置的不同易引起各種并發癥、易受電磁波干擾及不適合兒童使用等缺點。所以，研發生物起搏器，為患者建立真正正常的生理起搏成為了醫學界當下研究的熱點。

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一、起搏器的發展歷史

電子起搏器的歷史十分悠久。1950年誕生了第一臺電子起搏器。但是它并未完全植入人體，它的操作方式是將細導線一端植入心臟，同時導線的另一端連接至使用交流電源，來發揮作用。這樣存在很嚴重的問題，病人的活動范圍僅限于導線所及之處，同時可能會受到停電的影響。1957年全球第一臺半導體化、電池驅動的可攜帶起搏器問世，這種電子起搏器能給予病人行動的自由，且病人不用為斷電擔憂。

從1957年第一代固率型產品問世至今，心臟起搏器已近62年，經歷了“固率型-按需型-生理型-自動型”的升級，對心臟節律的感知更敏感，可自動分析、調整數據并作出判斷。起搏器的功能也從單一治療緩慢性心率失常發展到治療心電紊亂（房顫、室顫等）和非心電性疾患（心衰等）。從品種來看，目前市場上的起搏器主要分為單腔、雙腔和三腔三種類型，主要的區別在于電極導線的數量以及放置位置。

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起搏器的分類

二、生物起搏器的出現及優勢

近年來，電子起搏器的研發一直在進步，優勢也越來越明顯，如體積越來越小、電池壽命越來越長、生理化趨勢越來越明顯等。但是電子起搏器始終有其局限性，無論電子起搏器多么趨近人體生理，其對于正常心臟起搏來說，都是一個異位起搏點。而且無論電池壽命有多長，都是有限的。特別是對于青少年來說，一生中可能要更換數次起搏器，而且電子起搏器也非常容易受到外界電磁的干擾。

因此，研發生物起搏器，為患者建立正常的生理起搏是醫學界研究的重點。生物起搏器可以隨機體的生理狀態自動調整心率和房室同步，不會發生感染，電極脫位、斷裂，心肌穿孔，不受年齡限制，不用更換電池和電極，也不會受周圍環境中的電磁場干擾；比電子起搏器更便宜、更安全、更靈敏、可通過心臟導管技術在創傷更小的情況下實現心臟生物起搏或消融后重建心臟生物起搏點，也可根據需要在心房內或心室內不同區域進行多部位移植，而達到治療緩慢性心律失常、心肌梗死甚至使心室搏動再同步化治療晚期難治性心功衰竭的目的，其操作難度將遠遠小于植入三腔起搏器。

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電子起搏器?? ??

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三、生物起搏器的研究方向

當前針對生物起搏器展開的研究主要從基因治療和細胞治療二個方面展開。

1、基因治療

基因治療是應用基因工程技術將功能正常的目的基因轉移到受損的自律性節律點或特殊傳導系統的組織中，通過導入起搏基因的表達補充缺乏或失去正常功能的蛋白質，或抑制體內某種離子通道基因表達，使心臟中的非起搏細胞具有自律性，使心臟的起搏和傳導功能得以恢復。目前利用基因產生心臟起搏活動的研究主要有3種形式：超級化激活的環核苷酸門控（HCN）基因轉染；定向整流鉀電池（IK1）的抑制；心肌細胞膜β受體表達的上調。

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基因治療

2、細胞治療

細胞治療包括兩種方法：一是起搏細胞移植，主要是將供體有較高自主節律性的心臟細胞移植到受體的心肌細胞層，作為受體心臟新的起搏點替代功能已發生障礙的原有節律點，并啟動心臟的電和機械活動；二是干細胞治療，通過對干細胞進行誘導分化使其成為具有起搏和傳導功能的細胞，可以替代或修復受損的組織細胞功能，恢復心臟的起搏和傳導功能。

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干細胞治療

四、生物起搏器最新研究進展

1、竇房結細胞自體移植法

2007年上海第二軍醫大學附屬長海醫院胸心外科的張浩醫生研究團隊采用自身天然的竇房結細胞進行自體移植，沒有出現免疫排斥和腫瘤形成等問題，在生物起搏器的研發探究中，具有實用價值。人體心臟雖然有人的拳頭大小，但能讓這塊肌肉規律跳動的指揮中心其實只有一小塊地方―竇房結，這里的細胞發出信號，經過一些神經傳導系統的傳播，才使心臟肌肉細胞協調的收縮，心臟才得以發揮正常的"泵"功能，供給人體全身必須的血液。

研究人員就是充分利用了"竇房結"的起搏細胞，制作的"生物起搏器"。在項目中研究人員以犬作為實驗對象，從而為應用于人體打下了基礎。不過在獲取和移植竇房結細胞的過程中會對細胞造成一定損傷，如何讓移植后竇房結細胞實現長期存活，仍有待于進一步研究證實，只有解決了這個問題，才能研制出讓人類心臟能夠永遠穩定跳動的生物起搏器。一旦這項技術完善并成熟，應用于人體，將使心動過緩患者擺脫傳統起搏器帶來的不便和困繞。

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2、體細胞重編程法

2014年7月16日，美國科研人員給豬的心臟注射一種基因，成功培育出可以治療心律異常的“生物起搏器”。這一成果發表在美國《Science Translational Medicine》雜志上。在這項研究中，馬爾萬等人把一種叫做TBX18的基因注射到6只豬的心臟內，從而使一種本來不參與控制心律的心臟細胞轉變成為"起搏器細胞"。

這些豬都存在名為"完全心臟傳導阻滯"的心律異常問題，但在接受基因療法治療后，原本應該減慢的心跳恢復正常，其效果持續兩周時間。豬的心臟在許多方面與人的心臟類似，因此這種叫做"體細胞重編程"的技術可能同樣適用于人。首先從中受益的可能是兩類人，一類是植入電子心臟起搏器可能發生危及生命感染的心律異常者，另一類是患有先天性心臟傳導阻滯的胎兒。研究人員說，"也許有一天，我們可以只要注射基因就能挽救性命，而不用植入儀器。"研究人員表示，他們接下來將進行更多試驗，包括研究這種療法的長期有效性等。

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體細胞重編程法??? ?

3、干細胞轉化法

2019年，休斯頓大學藥理學副教授布拉德利·麥康奈爾(Bradley McConnell)通過使用脂肪中發現的干細胞，將其轉化為心臟細胞，并對其進行重新編程以充當生物起搏器細胞，來幫助開啟心臟起搏器的新時代。為了轉化心臟祖細胞，麥康奈爾將獨特的三種轉錄因子和質膜通道蛋白混合物注入細胞中，以在體外對心臟細胞進行重新編程。麥康奈爾說：“我們正在對心臟祖細胞進行重新編程，并引導它成為心臟的傳導細胞來傳導電流。”他在《分子與細胞心臟病學雜志》上報告了他的工作。這種新型的生物起搏器樣細胞將可作為傳導系統疾病，心臟病發作后心臟修復的替代療法，并彌補電子起搏器的局限性。

脂肪干細胞

結語

當下生物起搏器的研究仍處于動物實驗研究階段，將其應用到臨床實踐中還存在著很多的問題需要研究和解決，比如怎樣獲得安全高效的基因轉染載體、如何獲得高純度以及分化潛能高的起搏細胞、如何保證細胞移植的安全性及功能表達的持久性等，這些都是需要通過長期的實踐和觀察得到，相信隨著生物組織工程學的進步和發展，終有一天，生物起搏器將造福人類。