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心臟依靠四個瓣膜，它們充當單向閥門，控制血液從心臟四個腔室流出。位於心臟兩個左心腔之間的二尖瓣有兩個瓣葉，或稱瓣尖；三尖瓣、肺動脈瓣和主動脈瓣各有三個瓣葉。瓣葉像酒吧的旋轉門一樣隨著每次心跳開啟和關閉，維持穩定的血液供應。（據總部位於加利福尼亞州爾灣的瓣膜生產商愛德華茲生命科學公司稱，一個人的心臟通常每年跳動 8000 萬次，一生中跳動 50 億到 60 億次。）
幻燈片：過去 50 年人造心臟瓣膜的改進
正如 57 歲的喜劇演員和演員羅賓·威廉姆斯和 83 歲的前第一夫人芭芭拉·布什最近發現的那樣，在許多情況下，瓣膜並非終身耐用；有些會變得滲漏。這種被稱為返流性瓣膜的瓣膜，會讓泵出的血液倒流回心臟。另一些瓣膜會從血液中吸收鈣，最終變硬，限制血液流動（這種情況被稱為狹窄）。當身體沒有獲得足夠的血液時，人可能會出現呼吸短促等症狀。主動脈瓣和二尖瓣最常需要治療。紐約大學醫學院心胸外科教授兼心臟外科研究主任尤金·格羅西說，一旦出現頭暈和昏厥等症狀，患有未經治療的缺陷主動脈瓣的人在六個月內死亡的機率為 50%。
這意味著對於成千上萬的美國人來說，由薄如蟬翼的薄片製成的人造心臟瓣膜是健康與心力衰竭之間的唯一屏障。據總部位於多倫多的千禧研究集團（一家追蹤醫療器械、製藥和生物技術行業的公司）稱，每年約有 14 萬美國人接受瓣膜置換或修復手術。
醫生們已經開發了幾種天然組織的替代品，這些替代品可以調節血液流動而不會遺漏任何一次心跳。“心臟瓣膜是一種一旦植入併成功，就能為患者增加 10 或 15 年壽命的裝置，”愛德華茲生命科學公司心臟瓣膜治療副總裁唐納德·博博說。博博說，愛德華茲——以及位於明尼蘇達州聖保羅的聖猶達醫療公司和總部位於明尼阿波利斯的 Medtronic 公司——是全球人造瓣膜的主要供應商。據愛德華茲市場估計，義大利米蘭的索林集團也在全球心臟瓣膜治療市場中佔有一席之地，2008 年該市場價值估計為 16 億美元。
瓣膜技術在 1958 年起飛，當時工程師兼愛德華茲公司創始人邁爾斯“洛厄爾”·愛德華茲將其在木材行業液壓剝皮方法和二戰飛機燃油噴射系統設計方面的經驗應用於醫療領域。透過與心胸外科醫生阿爾伯特·斯塔爾合作，兩人開發了一種斯塔爾可以用於其患病患者的瓣膜。外科醫生於 1960 年首次植入了在愛德華茲後院工作室設計的斯塔爾-愛德華茲人造瓣膜。儘管第一位患者在接受該裝置後不久去世，但第二位患者在從梯子上摔下來去世前又存活了 10 年。
佐治亞理工學院（位於亞特蘭大）研究瓣膜的生物醫學工程師阿吉特·約迦納坦說，在隨後的幾十年裡，人們嘗試了數十種不同的設計。“其中大多數是在某人的車庫或地下室開發的。” 該技術已經從籠球設計發展到帶有人工瓣葉的瓣膜、為人類使用而加工的豬瓣膜以及用牛組織手工縫製的生物瓣膜。
“所有這些瓣膜都在液壓、管道、航空、汽車領域有類似物，”博博說。但人體提出了特殊的挑戰。“與石油或天然氣相比，血液最終成為一種非常不同的環境，”他補充道。血液中的脂質會破壞合成材料；組織瓣膜與天然瓣膜一樣，也會受到磨損和鈣化的影響。
約迦納坦說，“仍然有改進的空間”，例如更好的材料。他還希望看到為患有先天性心臟缺陷的兒童提供小型瓣膜。可能即將進入美國市場的下一個發展是無需開胸手術即可植入的瓣膜。