心室輔助裝置部分輔助對(duì)羊心臟血流動(dòng)力學(xué)的影響

李海洋，吳廣輝，藺嫦燕，侯曉彤，陳 琛，劉修健，徐創(chuàng)業(yè)，王 璟，楊 朋，渠文波

·基礎(chǔ)研究·

心室輔助裝置部分輔助對(duì)羊心臟血流動(dòng)力學(xué)的影響

李海洋，吳廣輝，藺嫦燕，侯曉彤，陳 琛，劉修健，徐創(chuàng)業(yè)，王 璟，楊 朋，渠文波

目的探討左心室輔助裝置在體部分輔助健康實(shí)驗(yàn)羊及對(duì)羊心臟血流動(dòng)力學(xué)影響。方法實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)心室輔助裝置綿羊在體植入輔助實(shí)驗(yàn)，輔助裝置入口通過(guò)不停跳方式植入左心尖，出口與降主動(dòng)脈吻合。術(shù)前以及術(shù)后測(cè)量羊心輸出量、平均動(dòng)脈壓、左房壓、左室壓（舒張期和收縮期）和心率等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果8例實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，5例術(shù)后存活超過(guò)24 h。實(shí)驗(yàn)期間輔助裝置沒(méi)有機(jī)械故障發(fā)生。實(shí)驗(yàn)羊植入心室輔助裝置在體部分輔助后，擾亂了羊正常的血液動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，增加了心輸出量，降低了心率及左室舒張末期壓力，但是平均動(dòng)脈壓、左房壓沒(méi)有顯著變化。結(jié)論正常實(shí)驗(yàn)羊植入心室輔助裝置部分輔助支持后，左心室工作量減少，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物保持了一個(gè)比較正常的心臟血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。

心室輔助裝置；部分輔助；在體實(shí)驗(yàn)；血液動(dòng)力學(xué)

對(duì)于終末期心衰，目前藥物治療作用不明顯，心臟移植是最有效的治療手段［1］，但是由于供體有限（全球每年3 500例），能夠接受心臟移植的患者（全球每年30 000例）寥寥無(wú)幾，大約30%患者等待期間死亡［2］，制約了心臟移植的發(fā)展。由于上述心臟供體的短缺和其它治療方法的局限性，極大地促進(jìn)了機(jī)械循環(huán)輔助支持的發(fā)展。隨著全球科技水平的不斷攀升，機(jī)械循環(huán)輔助技術(shù)及輔助設(shè)備的不斷改進(jìn)，通過(guò)左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）治療心衰，在過(guò)去的幾年則取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。LVAD是部分或全部代替自然心臟心室泵血的機(jī)械裝置，并列于心臟工作，將部分或全部血液由左心室引出泵入到升（降）主動(dòng)脈，經(jīng)過(guò)過(guò)去幾十年的發(fā)展，LVAD輔助循環(huán)已經(jīng)成為治療終末期心衰的一種常規(guī)、有效方法。目前全球有十幾種LVAD已經(jīng)應(yīng)用于臨床，用于心臟移植等待供體橋梁過(guò)度（bridge to transplant，BTT）、不能心臟移植患者最終治療（destination therapy，DT）以及心臟恢復(fù)治療（bridge to myocardial recovery，BTR）。美國(guó)2011年的機(jī)械輔助循環(huán)支持部門(mén)間注冊(cè)研究（INTERMACS）報(bào)告稱，LVAD輔助患者術(shù)后1年生存率可以達(dá)到75%［3］。LVAD的出現(xiàn)為挽救終末期心衰患者提供了一種有效的手段，大大提高了患者的生活質(zhì)量。

早期LVAD主要被作為終末期心衰患者心臟移植等待供體橋梁過(guò)度BTT應(yīng)用，期間一些報(bào)告發(fā)現(xiàn)，部分患者植入LVAD后，左心室功能逐漸恢復(fù)到正常水平，LVAD移除后無(wú)需再做心臟移植。在臨床上，該現(xiàn)象被稱為L(zhǎng)VAD輔助后心臟重構(gòu)逆轉(zhuǎn)（reverse remodeling）。這些結(jié)果的報(bào)道使LVAD治療心衰后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的發(fā)生發(fā)展機(jī)制成為L(zhǎng)VAD應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)［4-5］。本課題合作單位蘇州同心醫(yī)療器器械有限公司研制開(kāi)發(fā)了采用磁懸浮驅(qū)動(dòng)的第三代植入心室輔助裝置-同心VAD。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在健康綿羊體內(nèi)植入同心VAD，評(píng)估其對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心功能的影響，通過(guò)分析術(shù)前及術(shù)后心臟血液動(dòng)力學(xué)變化情況，探討LVAD植入對(duì)心臟功能影響，為探討心室輔助裝置引起心臟重構(gòu)逆轉(zhuǎn)提供部分理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 健康綿羊8只，體重（59±9）kg，由北京平谷區(qū)模擬醫(yī)院提供，術(shù)前身體狀況良好，無(wú)發(fā)燒、咳嗽等癥狀，動(dòng)物批號(hào)：SYXK（京）2010-0019。

1.2 心室輔助裝置 同心心室輔助裝置（圖1）為無(wú)軸承磁懸浮離心血泵。血泵血液接觸面采用了目前血液相容性較好的鈦合金材料，血泵重量約350 g左右，可以提供10 L/min的輔助支持。

圖1 同心心室輔助裝置

1.3 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 特制羊籠（自制）、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，日本NIHON KOHDEN）、測(cè)壓導(dǎo)管（深圳益心達(dá)醫(yī)學(xué)新技術(shù)有限公司）、ACT測(cè)量?jī)x及耗材（ACT II，美國(guó)美敦力）、麻醉器械直喉鏡、氣管插管、吸痰器、手電筒、側(cè)壁鉗、心尖開(kāi)孔刀（蘇州同心醫(yī)療器械）、心外科手術(shù)器械、肋骨牽開(kāi)器、滑線、2 ml抗凝管（BD公司，美國(guó)）、5ml采血管（BD公司，美國(guó)）、2-0聚酯不可吸收縫合線（Ethibond，美國(guó)強(qiáng)生公司）、引流瓶（7A-230，魚(yú)躍醫(yī)療）、電磁流量?jī)x（Transonics，Ithaca，NY）、測(cè)壓導(dǎo)管（益心達(dá)醫(yī)學(xué)新技術(shù)有限公司，深圳）等。

1.4 實(shí)驗(yàn)試劑 鹿眠寧（吉林華牧動(dòng)物保健品有限公司）、鹽酸塞拉嗪（吉林省方正動(dòng)物藥業(yè)科技有限公司）、氯胺酮注射液（江蘇恒瑞醫(yī)藥有限公司）、丙泊酚注射液（西安立邦制藥有限公司）、異氟烷（上海雅培制藥有限公司）、利多卡因注射液（上海和豐藥業(yè)有限公司）、肝素（常州千紅生化制藥股份有限公司）、氯化鉀注射液（天津藥業(yè)焦作有限公司）、維庫(kù)溴銨（哈爾濱三聯(lián)藥業(yè)）、戊巴比妥鈉（上海艾研生物科技有限公司）、注射用青霉素納（華北制藥股份有限公司）、華法林（Orion，芬蘭）、魚(yú)精蛋白注射液（上海第一生化有限公司）等。

1.5 麻醉和術(shù)前準(zhǔn)備 羊術(shù)前24 h禁食禁水。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。氣管插管后接呼吸機(jī)輔助呼吸，用純氧（100%）和異氟烷（3%），以及持續(xù)靜滴丙泊酚［6～8 mg/（kg·h）］維持麻醉。

1.6 植入式左心輔助模型的建立 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物麻醉后，右側(cè)臥位。靜滴利多卡因（2 mg/min）防止心律失常，靜脈注射維庫(kù)溴銨（5 mg）維持肌肉松弛。常規(guī)消毒鋪單后，用電刀沿皮膚切口方向切開(kāi)胸壁肌肉，經(jīng)左側(cè)第四肋間進(jìn)胸，肋骨牽開(kāi)器撐開(kāi)肋骨間隙。將輔助裝置主體血泵的驅(qū)動(dòng)線由第8肋左側(cè)椎旁區(qū)域穿出。剪開(kāi)心包充分暴露左心室心尖部，分離剝除部分胸降主動(dòng)脈外膜，經(jīng)靜脈給予肝素（1.5 mg/kg），使得全血活化凝血時(shí)間（activated clotting time，ACT）值達(dá)400 s以上，以側(cè)壁鉗鉗夾主動(dòng)脈峽部遠(yuǎn)端降主動(dòng)脈，將降主動(dòng)脈阻斷處切開(kāi)，用4-0聚丙烯縫合線與泵10 mm出口人工血管做一個(gè)側(cè)壁縫合，吻合期間靜點(diǎn)硝普鈉控制頸動(dòng)脈血壓，吻合完畢后鉗夾泵出口人工血管，松開(kāi)主動(dòng)脈側(cè)壁鉗，檢查吻合口處有無(wú)漏血。查無(wú)漏血后，用2-0聚酯不可吸收縫合線將血泵入口與心尖吻合袖套縫于心尖合適位置處（10針或12針），用尖刀在心尖吻合袖套孔內(nèi)開(kāi)十字孔，用心尖開(kāi)孔刀通過(guò)十字孔于心尖開(kāi)孔，拔出心尖開(kāi)孔刀瞬間，入口插管快速插入心尖吻合袖套孔內(nèi)并固定。血泵在1 800 rpm下排氣；移開(kāi)泵出口人工血管阻斷鉗后調(diào)節(jié)血泵轉(zhuǎn)速到輔助轉(zhuǎn)速2 400 rpm左右，使血泵流量保持在3～4 L/min左右，形成左心房→心室輔助裝置→降主動(dòng)脈的循環(huán)旁路（Bypass）。最后注射魚(yú)精蛋白注射液逆轉(zhuǎn)肝素作用，安置胸腔引流管接引流瓶，并連接低負(fù)壓吸引，嚴(yán)密止血、常規(guī)關(guān)胸。術(shù)中開(kāi)始經(jīng)靜脈給予青霉素480萬(wàn)單位，預(yù)防感染。

1.7 數(shù)據(jù)采集 動(dòng)物左心室輔助模型建立后，下肢動(dòng)脈插管建立有創(chuàng)動(dòng)脈壓連續(xù)監(jiān)測(cè)，主動(dòng)脈內(nèi)植入微型壓力計(jì)導(dǎo)管，兩條充液測(cè)壓導(dǎo)管分別置入左心房，左心室接生理記錄儀進(jìn)行主動(dòng)脈、左心室，左心房壓力測(cè)量。管狀超聲流量計(jì)探頭分別置于血泵出口人工血管與主肺動(dòng)脈測(cè)血泵輸出流量及心輸出量。基線值及術(shù)后相關(guān)參數(shù)測(cè)量均在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)下（一個(gè)狀態(tài)保持10 min）測(cè)量30 s。

2 結(jié) 果

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 8例實(shí)驗(yàn)動(dòng)物植入前體征平穩(wěn)，植入實(shí)驗(yàn)后5例存活時(shí)間超過(guò)24 h，其余3例因麻醉、手術(shù)操作死亡，2例存活時(shí)間過(guò)20天。

2.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

2.2.1 手術(shù)過(guò)程 血泵植入無(wú)需體外循環(huán)，手術(shù)方法簡(jiǎn)單，時(shí)間較短，由于有前期可植入性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，血泵植入后解剖結(jié)構(gòu)匹配良好，血泵入口植入左心尖，出口吻合于降主動(dòng)脈。

2.2.2 術(shù)后護(hù)理 圖2和圖3為2例羊存活時(shí)間超過(guò)20天以上術(shù)后在觀察室照片，均沒(méi)有厭食、感染或神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。

2.2.3 血泵植入對(duì)實(shí)驗(yàn)羊血流動(dòng)力學(xué)影響 取5例存活時(shí)間超過(guò)24 h羊術(shù)前及術(shù)后24 h時(shí)血液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)做統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)驗(yàn)羊血泵植入前后心輸出量、平均動(dòng)脈壓（MAP）、左房壓（LAP）、左室壓［舒張期（LVPpeakD）和收縮期（LVPpeakS）］和心率（HR）等指標(biāo)變化見(jiàn)表1。

正常實(shí)驗(yàn)羊植入心室輔助裝置在體部分輔助后，擾亂了羊正常的血液動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，增加了心輸出量，降低了心率及左室舒張末期壓力，但是平均動(dòng)脈壓、左房壓沒(méi)有顯著變化。

表1 實(shí)驗(yàn)羊血泵植入前后血液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)（±s）

表1 實(shí)驗(yàn)羊血泵植入前后血液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)（±s）

注：LVSV：左室收縮末容積。

圖2 羊1術(shù)后第20天照片

圖3 羊2術(shù)后第38天照片

3 討 論

德國(guó)的一個(gè)心臟中心研究人員指出，131例慢性擴(kuò)張型心肌病患者，LVAD植入后有32人心臟功能全部恢復(fù)正常（myocardial recovery），成功脫機(jī)后5年生存率為78.3%［6］。英國(guó)的一篇報(bào)告顯示15例非缺血性心肌病患者LVAD輔助后，11例成功撤機(jī)，11例脫機(jī)患者在隨后的4年隨訪期間內(nèi)只有2例死亡［7］。在臨床上，該現(xiàn)象被稱為L(zhǎng)VAD輔助后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)（reverse remodeling）。這些結(jié)果的報(bào)道使LVAD被用來(lái)作為BTR的應(yīng)用例數(shù)大大增加，也使LVAD治療心衰后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的發(fā)生發(fā)展機(jī)制成為L(zhǎng)VAD應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)［4-6］。

國(guó)內(nèi)由于LVAD研發(fā)方面的限制，LVAD大都處于實(shí)驗(yàn)階段［8-9］，植入后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)方面的研究還沒(méi)有報(bào)道。國(guó)外LVAD輔助后重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的研究也圍繞幾個(gè)心室重構(gòu)因素展開(kāi)。血液動(dòng)力學(xué)方面，LVAD輔助支持大大提高心力衰竭患者心輸出量，同時(shí)降低左室充盈壓［10］。Drakos等利用全視野數(shù)字顯微鏡及電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)LVAD治療，慢性心衰患者心內(nèi)膜及心外膜組織中微血管密度顯著增高，同時(shí)微血管內(nèi)皮細(xì)胞也被激活，提示心肌血供的改善［11］；組織學(xué)方面，心衰的心肌組織在體積、長(zhǎng)度及橫徑上均較正常心臟組織明顯增大，LVAD輔助治療后心肌細(xì)胞的體積、長(zhǎng)度、橫徑較非LVAD治療組顯著減小，同時(shí)伴隨著左室擴(kuò)張程度減少、心室質(zhì)量減輕［12］；心衰標(biāo)記物方面，LVAD輔助后心房尿鈉肽（ANP）及腦鈉肽（BNP）的含量也大大降低［13］。LVAD治療的患者心肌細(xì)胞收縮能力顯著優(yōu)于未經(jīng)過(guò)LVAD支持治療的患者，對(duì)β-腎上腺素受體（βadrenergic receptor，BAR）的反應(yīng)性也更好，快速舒張能力也有明顯改善［6］。LVAD輔助后可使心肌在一定程度上恢復(fù)，并導(dǎo)致心肌分子學(xué)、基因?qū)W上的改變的報(bào)道也很多［13-16］。以上都是LVAD臨床應(yīng)用中的一些觀察結(jié)果。Egemen Tuzun等通過(guò)牛的擴(kuò)心病動(dòng)物模型LVAD輔助實(shí)驗(yàn)，觀察輔助后重構(gòu)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輔助后心室收縮和舒張期的體積、壁厚，ANP和內(nèi)皮素-1的水平下降，病理組織學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)改善，β-腎上腺素受體和抗肌萎縮蛋白的表達(dá)正常化，心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)發(fā)生明顯［17］。

目前，國(guó)外LVAD主要用于終末期心衰患者，其輔助策略是采用全輔助方式，即輔助期間主動(dòng)脈瓣基本處于常關(guān)狀態(tài)。這種輔助支持方式使得自然心臟左心室的負(fù)荷大大降低，甚至?xí)咏诹?，自然心臟左室基本上不做功，其結(jié)果使部分患者發(fā)生心肌細(xì)胞萎縮和心室硬化［18-20］，從而阻礙心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的發(fā)生，對(duì)患者心血管系統(tǒng)反而有害。研究人員還發(fā)現(xiàn)間斷減少LVAD流量或間斷開(kāi)閉LVAD，對(duì)于心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)有積極作用［21］。綜上所述，LVAD輔助可以恢復(fù)心輸出量和增加全身器官灌注，致重構(gòu)逆轉(zhuǎn)發(fā)生。但是LVAD植入后導(dǎo)致的心臟血流動(dòng)力學(xué)、心臟負(fù)荷及冠脈血流的變化情況如何，這種變化與心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的具體關(guān)系是什么？到底哪個(gè)變化因素對(duì)心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)有積極作用還需要進(jìn)一步探討。

本研究通過(guò)LVAD對(duì)正常動(dòng)物在體輔助，得到植入后心臟血流動(dòng)力學(xué)變化情況。血泵植入后擾亂了羊正常的血液動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，增加了心輸出量，降低了心率及左室舒張末期壓力，降低了自然心臟左心室的負(fù)荷，這可能是LVAD植入后引起重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的一個(gè)因素。本實(shí)驗(yàn)不足的是實(shí)驗(yàn)沒(méi)有超聲心動(dòng)的數(shù)據(jù)支持，實(shí)驗(yàn)例數(shù)也較少，也缺乏心衰動(dòng)物模型的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，是未來(lái)努力的方向。

本實(shí)驗(yàn)在體實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意，兩只實(shí)驗(yàn)羊在體輔助分別為21 d和38 d，無(wú)并發(fā)癥，實(shí)驗(yàn)羊各臟器病理檢查結(jié)果表明血泵植入對(duì)實(shí)驗(yàn)羊生理功能無(wú)影響，與國(guó)外同類心室輔助裝置的研究結(jié)果相近，同國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)階段血泵比較有明顯優(yōu)勢(shì)。未來(lái)通過(guò)大樣本動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為臨床實(shí)驗(yàn)提供可靠基礎(chǔ)，早日實(shí)現(xiàn)心室輔助裝置國(guó)產(chǎn)化，為國(guó)人造福。

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Partial support of the ovine heart with left ventricular assist device：implication for hemodynamic

Li Hai-yang，Wu Guang-hui，Lin Chang-yan，Hou Xiao-tong，Chen chen，Liu Xiu-jian，Xu Chuang-ye，Wang Jing，Yang Peng，Qu Wen-bo
Capital University of Medical Sciences，An Zhen Hospital，Beijing 100029，China

Lin Chang-Yan，Email：

ObjectiveIn Vivo evaluation the hemodynamic changes of the left ventricular assist device assisted normal ovine hearts.MethodsIn this study，the ventricular assist device was implanted into the left ventricular apex on beating hearts.The outflow graft of each device was anastomosed to the descending aorta.The left ventricular-stroke volume（LVSV），mean arterial blood pressure（MAP），left atrial pressure（LAP），left ventricular pressure（LVP）peak diastolic，LVP peak systolic and heart rate（HR）were performed on schedule.Data associated with pump function were collected continuously.ResultsFive of the 8 animals survived over 24 hours.No thrombus formation or mechanical wearing was observed inside the pump.The partial support of the ovine heart with left ventricular assist device disrupted the normal sheep hemodynamic status，which increased cardiac output，reduced heart rate and left ventricular end-diastolic pressure.But no significant change was observed in mean arterial pressure and left atrial pressure.ConclusionThe partial support of the normal ovine heart with left ventricular assist device can decrease the left ventricular workload；experimental animals can maintain a relatively normal cardiac hemodynamics status.

Ventricular assist device；Partial support；In vivo test；Hemodynamic

R654.1

A

1672-1403（2013）02-0103-05

2013-04-07）

2013-04-9）

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展863計(jì)劃（20012AA041605）首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(xiàng)項(xiàng)目（2011-1005-02）

100029北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院體外循環(huán)科（李海洋、候曉彤），心肺血管疾病研究所（吳廣輝、藺嫦燕、劉修健、徐創(chuàng)業(yè)、王 璟）；215125江蘇，蘇州同心醫(yī)療器械有限公司（陳 琛、楊 朋、渠文波）

藺嫦燕，Email：LLbc＠sina.com