摘要：目的研究磁驅(qū)動(dòng)主動(dòng)脈內(nèi)軸流泵一動(dòng)力性主動(dòng)脈瓣進(jìn)行動(dòng)物體內(nèi)植入的可行性。方法選取家豬33頭，全身麻醉后開胸手術(shù)暴露胸降主動(dòng)脈和心臟。在降主動(dòng)脈側(cè)壁作切口與26 min Dacron人造血管行端一側(cè)吻合，然后通過(guò)人造血管將軸流泵推入升主動(dòng)脈，環(huán)繞結(jié)扎“動(dòng)力瓣”。結(jié)果 隨著動(dòng)脈內(nèi)軸流泵轉(zhuǎn)速的增加，左心室的收縮期峰值壓和平均壓力逐步下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到10 000 r／min時(shí)，左心室內(nèi)壓力可降為零。結(jié)論 整個(gè)左心功能可被軸流泵替代，初步揭示動(dòng)脈內(nèi)軸流泵動(dòng)力性主動(dòng)脈瓣具有一定可行性。

關(guān)鍵詞：心功能衰竭；心臟輔助；動(dòng)力性主動(dòng)脈瓣

中圖分類號(hào)：R542.5 R256 2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—1349(2007)05—0416—02

可植入式心臟輔助裝置在晚期心力衰竭治療中已得到臨床應(yīng)用，植入式心臟輔助裝置的核心是高性能的血泵，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看主要分為兩大類，即提供搏動(dòng)血流的隔膜式血泵和非搏動(dòng)血流的旋轉(zhuǎn)葉輪式血泵?？芍踩胧叫呐K輔助裝置應(yīng)具有體積小、效率高、工作穩(wěn)定可靠、耐久性好等特點(diǎn)，以提高可植入性，減少并發(fā)癥。旋轉(zhuǎn)葉輪式血泵具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可較好地滿足以上多種要求，更由于近年來(lái)的觀察證實(shí)非搏動(dòng)血流完全可被機(jī)體適應(yīng)，因此葉輪泵已成為近年來(lái)該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。Li等曾提出在主動(dòng)脈內(nèi)植入微型軸流泵的心臟輔助設(shè)想，并在體外模擬中證實(shí)了其可行性。本研究采用急性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，初步觀察了該裝置的左心輔助作用。

1 材料與方法

1．1 裝置描述動(dòng)力瓣的動(dòng)脈腔內(nèi)結(jié)構(gòu)由“支架籠”和“轉(zhuǎn)了葉輪”體組成。支架籠中心有軸穿過(guò)葉輪中心以將其崮定在正確的位置一該支架籠的外肜適合于植入到升主動(dòng)脈腔內(nèi)，并有縫合環(huán)可縫合固定于主動(dòng)脈瓣環(huán)上。轉(zhuǎn)子的一端連接同定于葉輪，以便提供主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，在周圍空間存在適當(dāng)?shù)慕蛔兇艌?chǎng)時(shí)可吸收其能量轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，這樣就可用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功能。此外，“轉(zhuǎn)子一葉輪”體還應(yīng)能沿轉(zhuǎn)軸縱向滑動(dòng)，通過(guò)接近和遠(yuǎn)離動(dòng)脈瓣口的運(yùn)動(dòng)，在保持收縮期較小阻力的條件下，有助于防止舒張期反流，可更好地完成瓣功能。在此結(jié)卡勾中，轉(zhuǎn)子的作用實(shí)際上是吸收外界交變磁場(chǎng)的能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、而從理論上看，外界磁場(chǎng)的場(chǎng)源既可以來(lái)自包繞轉(zhuǎn)子的類似于電動(dòng)機(jī)的筒開定子，也可以來(lái)自遠(yuǎn)距離的磁場(chǎng)源。

本實(shí)驗(yàn)的體內(nèi)植入部分總體積36mL，總重量25g。葉輪表面涂有生物相容性良好的聚氯酯材料，保證了良好的泉特性。1.2動(dòng)物實(shí)驗(yàn)選擇90k左右的豬，術(shù)前采血1200mL備用。常規(guī)備皮，消毒后氣管切開插管行全身麻醉。四肢插入導(dǎo)線連接心電監(jiān)護(hù)儀，選擇左或右后下肢做動(dòng)脈切開插入導(dǎo)管連接壓力表。術(shù)中行胃造瘺插入胃管持續(xù)胃腸減壓，并插入導(dǎo)尿管觀測(cè)尿量。

動(dòng)物取左側(cè)臥位，右側(cè)第3肋～第5肋間開胸手術(shù)暴露胸降主動(dòng)脈和心臟。在左心尖處向心室內(nèi)插入細(xì)導(dǎo)管測(cè)量左心室壓力。在降主動(dòng)脈側(cè)壁作切口與人造血管吻合，然后通過(guò)人造血管將軸流泵推入降主動(dòng)脈，逐步按摩送入升主動(dòng)脈，環(huán)繞結(jié)扎“動(dòng)力瓣”。縫合動(dòng)脈切口后清洗胸腔，放置引流管，關(guān)閉胸腔。在胸外心前區(qū)外固定驅(qū)動(dòng)磁源，通電驅(qū)動(dòng)。植入裝置后連續(xù)靜脈給藥保持肝素化，用APT儀進(jìn)行檢測(cè)，每隔1h測(cè)1次，APT值保持在300～400范圍內(nèi)。術(shù)后第2天開始從胃管推注華法林，等到華法林開始起作用，停用肝素。

2 結(jié)果

體外測(cè)試動(dòng)脈內(nèi)軸流泵的被動(dòng)阻力要在15nmHg(1mmHg=0.133 kPa)之內(nèi)，在前負(fù)荷為7mmHg時(shí)輸出壓力可達(dá)到100mmHg，流量達(dá)到5L／min，以滿足維持生理循環(huán)。體外交變磁場(chǎng)用60mm×100mm的稀土永磁體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。驅(qū)動(dòng)距離要達(dá)到80mm。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)植入后在非工作狀態(tài)對(duì)心室收縮壓和動(dòng)脈血雎都沒(méi)有明顯影響，不造成明顯的負(fù)荷增加。在工作狀態(tài)，動(dòng)脈內(nèi)軸流泵可以驅(qū)動(dòng)血液流動(dòng)，產(chǎn)生足夠的壓力和流量輸出。隨著動(dòng)脈內(nèi)軸流泵轉(zhuǎn)速的增加，左心室的收縮期峰值壓和平均壓力逐步下降，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，左右心室內(nèi)壓力可降為零。動(dòng)脈血壓可維持在100mmHg以上，且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)明顯波動(dòng)。平均動(dòng)脈壓及心室壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系詳見(jiàn)表1。

當(dāng)動(dòng)力瓣轉(zhuǎn)速達(dá)到4000r／min以上時(shí)，左心室壓明顯低于動(dòng)脈壓，當(dāng)達(dá)到10000r／min時(shí)左心室壓降為0，說(shuō)明動(dòng)力瓣取代心臟做功成為維持外周循環(huán)的動(dòng)力來(lái)源。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)使泵在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)有效的左心輔助。

動(dòng)物試驗(yàn)總共33頭豬，其中14頭成活少于24 h；7頭成活3d；6頭成活5d；4頭成活7d；2頭成活10d。死亡原因：①支架固定不平衡，導(dǎo)致葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)受阻，形成血栓，栓塞死亡6頭；②術(shù)后各種原因?qū)е鲁鲅劳?5頭；③其他原因死亡12頭。

動(dòng)力瓣植入動(dòng)物體，在開始驅(qū)動(dòng)后，每隔1h測(cè)1次尿潛血實(shí)驗(yàn)，均為陰性。說(shuō)明溶血非常輕微，在生理范圍內(nèi)。對(duì)驅(qū)動(dòng)后死亡的動(dòng)物做解剖觀察動(dòng)力瓣的血栓形成情況，看到轉(zhuǎn)子與支架籠接觸點(diǎn)的縫隙在3d以后形成細(xì)小血栓，隨著時(shí)間的推移逐漸增大。通過(guò)多次的試驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)改進(jìn)點(diǎn)。目前，此問(wèn)題正在得到解決。

3 討論

各種心臟疾病的嚴(yán)重階段都可發(fā)生泵功能衰竭，心力衰竭引發(fā)的內(nèi)環(huán)境紊亂是威脅機(jī)體生理穩(wěn)態(tài)的原因。機(jī)械性循環(huán)輔助裝置可以直接糾正心泵衰竭引起的生理紊亂，因此一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。動(dòng)力瓣是我國(guó)學(xué)者在國(guó)際上首先提出的循環(huán)輔助裝置，具有獨(dú)特創(chuàng)新點(diǎn)。該裝置需要植入體內(nèi)的部分僅僅是一個(gè)由支架支撐的“轉(zhuǎn)子一葉輪體”，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，體積更小，解剖相容性也更好。由于植入部分全部包在動(dòng)脈腔內(nèi)，因此有更好的抗感染特性。去除了引流管道，進(jìn)一步使“血液一異物”接觸面減小，抗血栓形成的能力增強(qiáng)。血液中活性因子的激活幾率也隨之減低，進(jìn)而可保護(hù)血液，防止其蛻化。若機(jī)體內(nèi)引入體積很大的引流管道，對(duì)周圍組織、器官會(huì)產(chǎn)生壓迫性影響，加之體內(nèi)大量的異物存在，將大大降低機(jī)體的抗感染能力，病人的生活質(zhì)量也嚴(yán)重下降。而動(dòng)力瓣在植人體內(nèi)時(shí)對(duì)心臟和動(dòng)脈的損傷很小，特別是對(duì)心室肌肉不產(chǎn)生植人性損傷，加之動(dòng)力瓣可對(duì)心室直接卸負(fù)荷，這些都特別有利于心臟功能的恢復(fù)。有些研究者曾提出瓣泵的輔助裝置，認(rèn)為在主動(dòng)脈瓣位置植入軸流泵對(duì)心室直接卸負(fù)荷可能比傳統(tǒng)的植入式軸流泵有更多的優(yōu)越性。動(dòng)力瓣與瓣泵有相似之處。比如兩者均植入到主動(dòng)脈瓣的位置。但動(dòng)力瓣有很多特點(diǎn)優(yōu)于瓣泵。動(dòng)力瓣不需要供電導(dǎo)線穿入主動(dòng)脈壁，甚至不需要穿人體內(nèi)。由此避免了供能導(dǎo)線可能帶來(lái)的感染、血栓形成等并發(fā)癥。轉(zhuǎn)軸和電機(jī)之間的密封問(wèn)題是限制植入裝置工作壽命的主要因素，在遠(yuǎn)距離驅(qū)動(dòng)動(dòng)力瓣的設(shè)計(jì)中，沒(méi)有微電機(jī)的定子繞組線圈需要隔離，滑動(dòng)軸承完全浸于血液中，故完全去除了密封問(wèn)題。在瓣泵植入動(dòng)脈后，微型電機(jī)的外殼是一個(gè)靜止的表面，電機(jī)背面也難免有血液流無(wú)效腔，這些都極有助于血栓形成。在動(dòng)力瓣轉(zhuǎn)子表而與血液接觸的為一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的表面，因此不易形成血栓。在控制下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷的波動(dòng)將改變血流流場(chǎng)，有助于去除相對(duì)恒定的血液流死區(qū)，這些都有利于進(jìn)一步提高抗血栓特性。近年來(lái)的大量研究表明：高速旋轉(zhuǎn)的葉輪雖然可造成一定程度的血細(xì)胞破壞，但在仔細(xì)設(shè)計(jì)葉輪曲線后完全可將破壞程度降到極其輕微的程度。

本研究選擇豬做動(dòng)物試驗(yàn)，是因?yàn)樨i的心臟與人的心臟體積和重量都接近，主動(dòng)脈粗細(xì)幾乎相同。豬的其他一些生理指標(biāo)與人的也相近。手術(shù)后也比較容易監(jiān)護(hù)和喂養(yǎng)。通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)觀察到，動(dòng)力瓣植入后，由于其與血液的接觸面積小，因此由血液接觸異物所引起的血栓形成概率極小，加之血液在泵的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，除了在轉(zhuǎn)子與支架籠的接觸點(diǎn)，也是渦流的中心點(diǎn)，可形成細(xì)小血栓，其他部位沒(méi)有發(fā)現(xiàn)血栓形成。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，給動(dòng)物應(yīng)用肝素、華法林等抗凝血藥物是關(guān)鍵，使用藥量很重要。藥量多時(shí)，動(dòng)物胸腔和內(nèi)臟出血，手術(shù)刀口滲血，以至動(dòng)物因出血死亡達(dá)15頭。但用藥量小時(shí)，又容易形成血栓，這個(gè)平衡點(diǎn)還需要更進(jìn)一步摸索。由于動(dòng)力瓣的葉輪是經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)改進(jìn)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，按照最佳流體力學(xué)與動(dòng)物生物學(xué)特性的結(jié)合點(diǎn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)中觀察到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)血液細(xì)胞的破壞微乎其微。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的尿潛血一直為陰性。經(jīng)過(guò)二十幾次的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，動(dòng)力瓣高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題已解決。裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)其溫度維持在38℃～39℃，通過(guò)動(dòng)物的血液循環(huán)帶走熱量從體表散發(fā)，動(dòng)物體表溫度升高不超過(guò)1℃。通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)表明：該裝置的基本原理是可以實(shí)現(xiàn)的，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在進(jìn)一步改進(jìn)后可達(dá)到長(zhǎng)期值入動(dòng)物體內(nèi)的要求。需要進(jìn)一步優(yōu)化裝置的抗血栓形成能力，尋找抗凝血藥物的使用量、應(yīng)用時(shí)間及各種藥物的銜接。雖然本研究是初步的，但結(jié)果令人鼓舞，表明遠(yuǎn)距離驅(qū)動(dòng)動(dòng)力瓣可行性，有希望實(shí)現(xiàn)體外磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力瓣的技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：陳海豐(1962—)，男，畢業(yè)于長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院，副主任醫(yī)師，現(xiàn)工作于山西省長(zhǎng)治市商業(yè)醫(yī)院(郵編：046000)；郝素萍、江斌，工作于山西?。L(zhǎng)治市商業(yè)醫(yī)院；田步升、郝宗超，工作于山西長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院；李國(guó)榮，工作于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)疏阜外心研所。

(本文編輯 于雅潔)