劉修健 吳廣輝 徐創(chuàng)業(yè) 王 璟 侯曉彤 李海洋楊 朋 渠文波 藺嫦燕*

1(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院，北京 100029)

2(北京市心肺血管疾病研究所，北京 100029)

3(蘇州同心醫(yī)療器械有限公司，蘇州 215125)

引言

20世紀(jì)90年代以來，植入式左心室輔助裝置(left ventricular device，LVAD)作為治療終末期心力衰竭患者的重要手段，在臨床中應(yīng)用越來越多。目前，LVAD可用于心肌恢復(fù)的過渡支持、心臟移植前的過渡支持以及最終輔助支持等[1-3]。在血泵的設(shè)計(jì)上，VAD 的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個階段[2，4]：第 1 代容積式脈動泵、第2代軸流式恒流泵、第3代無軸承磁懸浮恒流泵。近年來國外許多研究機(jī)構(gòu)致力于第3代血泵的研究，已有的動物在體存活實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)結(jié)果均表明，第3代無軸承血泵避免了第2代泵機(jī)械軸承可能導(dǎo)致的一些嚴(yán)重問題，如機(jī)械磨損、摩擦生熱、溶血性能差、易形成血栓等，顯著提高了血泵的血液相容性和在體輔助支持時間[5-8]。目前國內(nèi)大多數(shù)VAD都還處于第2代血泵的體外溶血或動物的在體實(shí)驗(yàn)階段，可見報(bào)道的文獻(xiàn)均表明難以克服第2代血泵普遍存在的問題[9-10]。

蘇州同心醫(yī)療器械有限公司研制開發(fā)的China Heart VAD，為國內(nèi)首例采用磁懸浮驅(qū)動的第3代LVAD。前期的體外溶血實(shí)驗(yàn)顯示其具有良好的溶血性能[11]，但是否具有較好的在體可靠性和較長的輔助支持時間還需動物在體實(shí)驗(yàn)證實(shí)。本實(shí)驗(yàn)的目的是通過在綿羊體內(nèi)植入China Heart VAD的動物在體存活實(shí)驗(yàn)，觀察動物的存活狀況，評估其在體血液相容性、可靠性以及對實(shí)驗(yàn)動物終末器官的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

選擇健康雄性綿羊6只，體重為(60±9.5)kg，由北京市平谷區(qū)模擬醫(yī)院提供，動物批號為SYXK(京)2010-0019。

1.2 左心輔助裝置

China Heart VAD為磁懸浮離心式血泵(見圖1)，血泵體積約為45 mL，重約350 g，體外動力學(xué)輸出實(shí)驗(yàn)證實(shí)其轉(zhuǎn)速為2500 r/min時(入出口壓差為80 mmHg)可提供6 L/min的血流輔助支持(見圖2)。

圖1 China Heart左心輔助裝置Fig.1 The China Heart VAD

圖2 血泵流量-壓力關(guān)系曲線Fig.2 The pressure-flow curve of the pump

1.3 主要儀器設(shè)備

麻醉機(jī)(Aeon7200，北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司)、心電監(jiān)護(hù)儀(RSM-4101K，NIHON KOHDEN，日本)、ACT 測量儀及耗材(ACT II，美敦力公司，美國)。

1.4 實(shí)驗(yàn)試劑

鹿眠寧(吉林華牧動物保健品有限公司，中國)、鹽酸塞拉嗪(吉林省方正動物藥業(yè)科技有限公司，中國)、氯胺酮注射液(江蘇恒瑞醫(yī)藥有限公司，中國)、異氟醚(上海雅培制藥有限公司，中國)、丙泊酚注射液(西安立邦制藥有限公司，中國)、利多卡因注射液(上海和豐藥業(yè)有限公司，中國)、維庫溴銨(哈爾濱三聯(lián)藥業(yè)，中國)、肝素(常州千紅生化制藥股份有限公司，中國)、注射用青霉素納(華北制藥股份有限公司，中國)、華法林(Orion，芬蘭)、戊巴比妥鈉(上海艾研生物科技有限公司，中國)、氯化鉀注射液(天津藥業(yè)焦作有限公司，中國)等。

1.5 植入過程

實(shí)驗(yàn)羊術(shù)前禁食24 h。術(shù)前肌注鹿眠寧(4 mg/kg)和鹽酸塞拉嗪(0.5 mg/kg)，經(jīng)左耳靜脈建立靜脈通路，靜脈注射氯胺酮(15 mg/kg)以誘導(dǎo)麻醉。麻醉誘導(dǎo)后，羊右側(cè)臥位，氣管插管后接呼吸機(jī)輔助呼吸，用氧合(100%)異氟醚(3%)和持續(xù)靜滴丙泊酚(6～8 mg/kg/h)維持麻醉。靜脈滴注利多卡因(2 mg/min)防止心律失常，靜脈注射維庫溴銨(5 mg)維持肌肉松弛。左側(cè)第5肋間開胸，剝離出部分降主動脈外膜，經(jīng)靜脈給予肝素(1.5 mg/kg)，使得全血活化凝血時間(activated clotting time，ACT)值達(dá)400 s以上，血泵出口經(jīng)人工血管與降主動脈吻合。剪開心包膜暴露左心室心尖部位，在心臟不停跳的情況下，血泵入口插管從左心尖插入，建立“左心室-左心室輔助裝置-降主動脈”體循環(huán)輔助旁路(見圖3)。血泵驅(qū)動線經(jīng)第8肋左側(cè)椎旁穿出。術(shù)中靜脈滴注青霉素480萬單位以預(yù)防感染。

圖3 輔助裝置植入過程。(a)側(cè)壁吻合;(b)心尖插管;(c)血泵植入位置Fig.3 Surgical implantation process.(a)Lateral wall anastomosis;(b) Apical cannulation;(c)Implanted position of the pump

1.6 術(shù)后護(hù)理

羊術(shù)后即移入羊籠中，蘇醒并拔除呼吸插管后即給予進(jìn)食。術(shù)后初始2～3 d內(nèi)靜脈滴注肝素抗凝(3 U/(kg·h)左右)，確保 ACT值維持在 120～180 s之間，當(dāng) INR值(international normalized ratio，INR)維持在2.5～4.0時，改用口服華法林(3 mg/d)的方法。為預(yù)防感染，術(shù)后每天靜脈滴注青霉素320萬單位，直至白細(xì)胞水平恢復(fù)正常。每天按時記錄羊的生理狀態(tài)，如心率、呼吸頻率、體溫、進(jìn)食及排便等情況。

1.7 數(shù)據(jù)采集

通過計(jì)算機(jī)軟件連續(xù)監(jiān)測并記錄羊的心率和泵的運(yùn)行參數(shù)(見圖4)，包括泵轉(zhuǎn)速、泵流量(模擬流量)和入出口壓差(模擬壓力)和電機(jī)功率等。術(shù)前和術(shù)后1周內(nèi)每天對實(shí)驗(yàn)羊進(jìn)行一次血常規(guī)、生化和血凝檢查，1周后每周進(jìn)行一次檢查。

圖4 監(jiān)測界面Fig.4 Monitoring interface

1.8 尸解和病理分析

實(shí)驗(yàn)羊擇期行安樂死前，靜脈注射肝素(3 mg/kg)以預(yù)防羊死后血泵內(nèi)血栓的形成。參照美國獸醫(yī)學(xué)會實(shí)驗(yàn)動物安樂死處死的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，靜脈注射戊巴比妥鈉(50 mg/Kg)和10%氯化鉀注射液(10 mL)處死動物。取出血泵后，檢查血泵泵體內(nèi)、入口和出口流道內(nèi)有無血栓形成。肉眼觀察心臟、肺、肝、腎、脾等終末主要臟器有無梗死灶和發(fā)生病變，并對其做常規(guī)組織學(xué)病理切片檢查。

2 結(jié)果

2.1 動物存活狀況

所有實(shí)驗(yàn)羊在體存活時間及死亡原因見下表1，其中有2只羊(羊3和羊6)成功復(fù)蘇后拔除呼吸插管行自主呼吸，并分別輔助循環(huán)20 d和38 d后行安樂死處死。術(shù)后護(hù)理期間，羊6術(shù)后至第3 d伴有血尿后恢復(fù)正常;羊3術(shù)后第16～18 d伴有血尿發(fā)生，后恢復(fù)正常。

2.2 心室輔助裝置

術(shù)后護(hù)理期間心室輔助裝置植入后無機(jī)械故障發(fā)生，血泵的運(yùn)行參數(shù)(泵轉(zhuǎn)速、泵流量、泵功率、壓力)見表2。

表1 實(shí)驗(yàn)動物在體存活狀況Tab.1 Summary of in vivo evaluation of China Heart VAD in sheep

表2 血泵運(yùn)行參數(shù)(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.2 Pump performance of case#3 and#6(Mean ±SD)

2.3 血常規(guī)、生化和血凝檢查

羊術(shù)前和術(shù)后的全血、生化及血凝檢查部分結(jié)果見表3。

表3 全血、生化和血凝檢查結(jié)果(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.3 Hematologic and biochemical data at baseline and at study termination(Mean±SD)

2.4 尸解和病理分析

尸解后，羊3血泵內(nèi)有小塊血栓沉積，其余輔助裝置內(nèi)、入口和出口管道無血栓形成(見圖5)。尸解時肉眼觀察心臟心尖插口處、肺、肝、腎、脾等主要終末臟器無缺血或梗死灶，無明顯病變發(fā)生。組織切片病理檢查結(jié)果：兩只羊左肺貼近輔助裝置部位均可見小葉性肺炎(見圖6);羊3右腎部分位置可見腎小管上皮細(xì)胞壞死，結(jié)構(gòu)消失，腎臟組織中可見小血管血栓;其余終末臟器的切片未發(fā)現(xiàn)血栓栓塞和實(shí)質(zhì)器官出血，無明顯病變發(fā)生。

圖5 尸解血泵內(nèi)部圖。(a)植入羊3內(nèi)的血泵;(b)植入羊6內(nèi)的血泵Fig.5 China Heart VAD after autopsy.(a)case#3 for 20-day support;(b)case#6 for 38-day support

圖6 病理切片。(a)羊3左肺;(b)羊6左肺;(c)羊3右腎Fig.6 Microscopic pathological findings.(a)Left lung of case#3;(b)Left lung of case#6;(c)Right kidney of case#3

3 討論

China Heart VAD是國內(nèi)首例研制開發(fā)的采用磁懸浮驅(qū)動的第3代無軸承左心室輔助裝置。大多數(shù)第2代血泵葉輪繞軸承旋轉(zhuǎn)，因軸承摩擦產(chǎn)生大量熱量，同時因流道中可能存在的血液流動死區(qū)，易導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性或血栓和溶血發(fā)生[12]。China Heart VAD葉輪無軸承，采用磁懸浮驅(qū)動，避免了葉輪和軸承間的摩擦生熱，無流動死區(qū)，減少了血栓和溶血事件的發(fā)生[11]。本次實(shí)驗(yàn)2只綿羊分別成功輔助循環(huán)20 d和38 d，除羊3(存活20 d)血泵泵體內(nèi)有小塊血栓沉積外(原因分析見下文)，血泵泵體內(nèi)及入口和出口流道其余部位均無可見血栓形成;護(hù)理期間血常規(guī)、生化和血凝檢查結(jié)果也均在正常范圍內(nèi)。

在多數(shù)情況下，國內(nèi)研究者研制出的血泵因?yàn)榧庸ぞ容^差、表面光滑度不夠等原因，常存在很多問題，如粗糙的表面可能產(chǎn)生二次流從而導(dǎo)致血栓形成[13]。然而，China Heart VAD運(yùn)用國際領(lǐng)先的加工工藝，再結(jié)合無軸承的葉輪設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，很好地避免了相關(guān)問題的發(fā)生。本次實(shí)驗(yàn)2例存活的實(shí)驗(yàn)動物存活時間在國內(nèi)同類實(shí)驗(yàn)中為最長(見表4)，且尸解時各終末主要臟器結(jié)構(gòu)和功能均無顯著變化，證實(shí)其在體血液相容性良好。

表4 國內(nèi)LVAD在體動物實(shí)驗(yàn)存活狀況[14－19]Tab.4 In vivo survival experiments of domestic LVAD

抗凝是心室輔助裝置動物在體實(shí)驗(yàn)時必須考慮的一個重要環(huán)節(jié)。但是因?yàn)榭鼓倪x擇與血泵本身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和血液相容性能等因素有關(guān)，國際上并沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)。但也有文獻(xiàn)表明，抗凝不足可引起血泵內(nèi)血栓形成，抗凝過度可導(dǎo)致出血并發(fā)癥的發(fā)生[20-21]。本研究中根據(jù)前期體外溶血試驗(yàn)相關(guān)結(jié)果，選擇了較低的抗凝策略，即使術(shù)后ACT值控制在120～180 s之間，并在術(shù)后拔除靜脈插管后，采用易于護(hù)理的口服華法林(3 mg/d)的方法抗凝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明China Heart VAD主體血泵對抗凝要求較低，具有較好的抗血栓性能，口服華法林的方法抗凝效果更優(yōu)于靜脈滴注肝素。另外，China Heart VAD在心臟不停跳情況下植入，無體外循環(huán)過程，縮短了手術(shù)時間，避免了體外循環(huán)可能導(dǎo)致的并發(fā)癥問題[22-23]。

但是，本實(shí)驗(yàn)也存在一些問題。如羊3(存活20 d)尸解時血泵泵體內(nèi)有小塊血栓形成(圖5(a))。經(jīng)過分析認(rèn)為這是因?yàn)檠棉D(zhuǎn)速過低(約2000 r/min)，致使泵體內(nèi)葉輪懸浮后與底座間存在的間隙區(qū)負(fù)壓不夠，血液無法泵出而滯留造成的;同時這也是術(shù)后16 d后伴有血尿、病理檢查時發(fā)現(xiàn)腎臟部分組織可見小血管血栓形成的可能原因。因此，羊6(存活38 d)的在體實(shí)驗(yàn)中，我們提高了血泵的轉(zhuǎn)速，提高到2500 r/min，尸解結(jié)果得到了明顯改善，血泵內(nèi)無血栓形成，病理檢查也顯示腎臟無明顯病變發(fā)生。

同時，也分析了兩只實(shí)驗(yàn)羊左肺貼近輔助裝置部位均發(fā)生小葉性肺炎的原因，認(rèn)為可能是輔助裝置植入后一定程度上壓迫并粘連左肺，使得其無法正常擴(kuò)張，局部供血不足所致。但是進(jìn)一步的原因分析還須后續(xù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

最后，本次實(shí)驗(yàn)也證實(shí)麻醉、手術(shù)操作在動物的存活中也至關(guān)重要。因麻醉、手術(shù)操作或術(shù)后護(hù)理等原因，術(shù)后3～28 h時內(nèi)有4只死亡：其中1只羊術(shù)后28 h均無法成功復(fù)蘇恢復(fù)自主呼吸，最后呼吸衰竭而死;2只羊術(shù)后5～10 h內(nèi)因心尖縫合處或降主動脈吻合處撕裂出血而死;還有1只羊術(shù)后3 h內(nèi)因呼吸插管脫落，再插管后導(dǎo)致腹部脹氣且無法消除，最后氧飽和度過低而死亡。我們認(rèn)為，因?yàn)槭鞘状蝿游镌隗w實(shí)驗(yàn)，相關(guān)的麻醉用藥和劑量、手術(shù)操作技巧的把握和術(shù)后護(hù)理經(jīng)驗(yàn)等均需要一定時間的摸索。但是2例成功的實(shí)驗(yàn)表明，在克服這一系列的問題后，China Heart VAD的在體血液相容性和可靠性等在國內(nèi)各研制的血泵中是處于領(lǐng)先水平的。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明China Heart VAD工作性能穩(wěn)定可靠，給實(shí)驗(yàn)動物提供長達(dá)38 d的機(jī)械循環(huán)輔助支持，是國內(nèi)VAD在體實(shí)驗(yàn)動物存活時間最長個例報(bào)告，且輔助期間具有良好的在體血液相容性，對各主要終末器官結(jié)構(gòu)和功能無顯著影響。

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