D-Shant心房分流器的初步動物實驗研究

尚小珂 張長東 陳澍 陳松 王雪麗 王斌 朱達 宋光遠 廖曼 董念國

慢性心力衰竭是全球常見的醫(yī)學問題，據(jù)統(tǒng)計發(fā)達國家人群中心力衰竭發(fā)病率為1.5%～2.0%［1］?；颊咦畛Ｒ姷闹髟V是呼吸困難，生活質量顯著下降。心力衰竭的整體預后仍較差，死亡率和再住院率均較高。心力衰竭的管理包括藥物治療，如β阻滯藥、血管緊張素轉換酶抑制藥和利尿藥等；以及置入器械治療，如心臟再同步化治療和植入式心律轉復除顫器、經(jīng)皮左心室重塑術、左心室輔助裝備等，取得了一定的治療效果［1-2］。但仍然有相當比例患者癥狀持續(xù)惡化，心臟移植成為最后的治療選擇。然而，根據(jù)目前的指南心臟移植僅適用于65歲以下患者，另外心臟移植本身具有相當大的風險，并且在心臟移植時需要等待匹配的供體，臨床實施起來比較困難［3-4］。一種新的治療心力衰竭的器械——房間隔分流裝置有可能用來進一步改善和控制病情［5］。本研究是中國第一個D-Shant心房分流器的動物預實驗。

1 材料與方法

1. 1 實驗動物

健康實驗用比格犬4只，均為雄性，月齡19個月，平均體重（13.70±0.53）kg，由西安迪樂普生物醫(yī)學有限公司提供。由于目前沒有構建動物心力衰竭模型的標準方法，且存在模型建立困難、成功率低、存活時間短等問題，對器械置入實驗的長期效果觀察有較大影響。本實驗過程中發(fā)現(xiàn)，二尖瓣關閉不全等心臟疾病在犬群中發(fā)病率較高，在實驗動物術前篩查時發(fā)現(xiàn)有高達1/3的正常犬存在二尖瓣關閉不全及左心擴大。對于本研究而言，這種亞臨床左心功能不全的患犬也能較可靠地反映心力衰竭的血流動力學特點、并體現(xiàn)心房分流器置入的長期效果，故選擇其作為本研究受試動物。動物實驗手術在北京通和立泰生物科技有限公司動物實驗中心完成。

1. 2 實驗材料與儀器

D-Shant心房分流器由武漢唯柯醫(yī)療科技有限公司生產(chǎn)，雙盤狀中心有留孔設計，兩側盤面將產(chǎn)品固定在室間隔位置，通過分流孔實現(xiàn)雙側心房的血液分流。D-Shant心房分流器由網(wǎng)塞、端頭螺母組成，產(chǎn)品結構示意圖見圖1。網(wǎng)塞為鎳鈦記憶合金絲編織而成，端頭螺母為醫(yī)用不銹鋼。D-Shant心房分流器的規(guī)格型號按照左右盤面和腰部尺寸的不同劃分為4個（表1），規(guī)格劃分編碼規(guī)則如圖2所示。

圖 1 D-Shant心房分流器結構示意圖 A為旁面直徑，D為分流孔徑，H為裝置厚度

表1 D-Shant 心房分流器規(guī)格型號參數(shù)列表（mm）

圖 2 WKASD28-10表示盤面直徑28 mm、分流孔徑10 mm的D-Shant心房分流器

1. 3 操作方法

手術方式部分參考Manuri等［6］報道的Fontan術后分流器置入經(jīng)驗，首先穿刺股靜脈，在超聲心動圖及X線下引導房間隔穿刺針進行房間隔穿刺，測量心臟各部位壓力、抽取各部位血1 ml檢測血氧飽和度，計算血流動力學參數(shù)。然后使用10 mm球囊導管擴張房間隔，之后引入輸送鞘，以類似于置入傳統(tǒng)雙盤房間隔缺損封堵的方式置入分流器，置入后輸送鋼纜推拉分流器驗證是否牢靠，隨后成功釋放。釋放完成可用導管穿過分流器于左心房造影驗證分流器的效果，復測心臟各部位壓力及計算血流動力學參數(shù)。之后撤出長鞘及所有導管，結扎股靜脈近端，縫合皮膚。術中及術后3 d分別肌內(nèi)注射青霉素10萬U/kg預防感染，術后3個月內(nèi)予阿司匹林5 mg/kg、每日1次。實驗犬飼養(yǎng)觀察時間為3個月。

1. 4 觀察指標

每日觀察實驗動物一般狀態(tài)，每周測量實驗動物體重。D-Shant心房分流器置入術前、術后1個月、術后3個月進行血液生化、血常規(guī)及凝血指標檢測。置入術前、術后及術后1個月和3個月進行超聲心動圖檢查。 術后3個月進行解剖探查和病理學評價。

1. 5 統(tǒng)計學分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0統(tǒng)計學軟件進行處理。計量資料用均數(shù)±標準差表示，配對樣本采用Wilcoxon符號秩檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2. 1 手術效果與并發(fā)癥

4只實驗犬全部成功置入D-Shant心房分流器，即刻置入成功率100%，未出現(xiàn)溶血、封堵器移位、脫落、心臟破裂、心包積液、栓塞事件等。4只實驗犬均存活至實驗終點。

2. 2 血流動力學及超聲心動圖檢查

超聲心動圖及導管血流動力學參數(shù)結果詳見表2～3。心導管檢查手術前后即刻血流動力學顯示，左心房壓力由（16.75±3.20）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）降低至（9.25±2.63）mmHg（P=0.125），肺循環(huán)/體循環(huán)血流量比由（0.97±0.02）上升至（1.30±0.14）（P=0.125），因樣本量小未達統(tǒng)計學差異；右心房壓力由（9.25±0.50）mmHg變?yōu)椋?.25±1.89）mmHg（P＞0.999），肺動脈收縮壓由（37.25±4.10）mmHg變?yōu)椋?6.00±1.40）mmHg（P=0.625），肺動脈舒張壓由（13.75±2.87）mmHg變?yōu)椋?4.25±1.50）mmHg（P=0.750）；超聲心動圖檢查手術前后即刻變化為左心房直徑由術前（24.22±1.51）mm縮小至（18.68±0.87）mm（P=0.125），左心室直徑由術前（36.52±2.27）mm縮小至（30.20±2.11）mm（P=0.125），左心室射血分數(shù)由術前（57.00±1.83）%升高至（61.25±2.50）%（P=0.125）；二尖瓣反流程度由（3.25±0.50）級降低至（0.67±0.58）級（P=0.125）；右心房直徑（22.68±2.55）mm由變?yōu)椋?3.10±2.13）mm（P=0.625）、右心室直徑由（22.55±2.43）mm變?yōu)椋?2.03±2.20）mm（P=0.625），因樣本量小均未達到統(tǒng)計學差異。3個月后超聲心動圖觀察，所有實驗犬房間隔分流仍然存在，均為單純左向右分流，二尖瓣反流程度較術后即刻無改變。

2. 3 病理解剖學和組織學檢查

所有實驗犬于術后3個月處死進行大體解剖檢查，心外觀可見D-Shant心房分流器支撐在房間隔中央處，局部無壞死組織，分流器表面光滑被一層白色內(nèi)膜覆蓋（內(nèi)皮化完全），未見血栓及贅生物生成，未見影響心臟瓣膜及阻擋肺靜脈（圖3～4）。

圖 3 D-Shant心房分流器置入后右心房面觀，分流器表面光滑，未見血栓，無移位，分留孔通暢

圖 4 D-Shant心房分流器置入后左心房面觀，分流器表面光滑未見血栓，無移位

對D-Shant心房分流器表面及周圍組織進行透視電鏡檢查，可見分流器表面內(nèi)皮細胞結構和形態(tài)正常，分流器附近細胞結構未見異常，線粒體結構無腫脹和形態(tài)異常（圖5～6）。

圖 5 D-Shant心房分流器周圍極少炎性細胞（蘇木素伊紅染色，×200）

圖 6 掃描電子顯微鏡檢測右側盤面內(nèi)皮細胞被覆完整（×100）

表2 實驗犬基本參數(shù)

表3 置入D-Shant 心房分流器術前、術后血流動力學參數(shù)及心臟結構數(shù)據(jù)

3 討論

心力衰竭是一種常見的慢性疾病，根據(jù)《中國心血管病報告2017》2000年中國35～74歲人群慢性心力衰竭患病率為0.9%［7］，推算我國心力衰竭患者至少有450萬，且患病率隨著年齡增加顯著上升。心力衰竭的藥物治療有了很大的進展與變革，除了原發(fā)病控制外，藥物治療經(jīng)歷了從強心、利尿、擴血管藥改善血流動力學狀態(tài)到針對病理生理機制、抑制神經(jīng)內(nèi)分泌激活的長期修復性策略的巨大轉變，新藥物的出現(xiàn)、臨床試驗的不斷更新，也使得經(jīng)典的“金三角”藥物（血管緊張素轉換酶抑制藥、β阻滯藥、醛固酮拮抗藥）開始向“金四角”（血管緊張素受體腦啡肽酶抑制藥、β阻滯藥、醛固酮拮抗藥、鈉-葡萄糖協(xié)同轉運蛋白2抑制藥）轉變［7］。作為藥物治療的補充，心力衰竭器械治療上也有了很大的進展，出現(xiàn)了包括心臟再同步化治療、心室機械輔助裝置、置入式血流動力學遠程監(jiān)測裝置、神經(jīng)電刺激裝置、結構重塑裝置、經(jīng)導管瓣膜修復裝置和房間隔分流器械等［8-9］。然而在規(guī)范系統(tǒng)治療的基礎上5年生存率仍然較低，對廣大心力衰竭患者而言藥物治療的依從性難以保證，而各種器械治療手段有相應的嚴格的適應證及不菲的治療費用，難以真正意義上推廣。

房間隔分流器械是近幾年國外開發(fā)出的一種結構原理相對簡單、價格更低廉的治療器械，可改善失代償心力衰竭的血流動力學障礙，最初用于治療目前藥物及器械治療手段匱乏的射血分數(shù)保留的心力衰竭，后研究發(fā)現(xiàn)在射血分數(shù)降低的心力衰竭中也適用［10-12］。心房分流技術帶來的血流動力學變化的理論基礎源自于房間隔分流的臨床經(jīng)驗，即假設存在限制性的房間隔左向右分流，在不影響左心室充盈或心輸出量的情況下左心房壓力應當會降低，同時小的房間隔缺損對心臟功能也沒有重要的長期影響，這可以作為一個比較理想的緩解射血分數(shù)保留的心力衰竭癥狀的策略［13］。另外，已經(jīng)觀察到很多二尖瓣狹窄患者當合并房間隔缺損時，患者的心力衰竭癥狀往往并不嚴重，被稱為Lutembacher綜合征，這類患者發(fā)生反常栓塞導致的卒中也是非常罕見［14］。心房間分流裝置的代表性器械InterAtrial Shunt Device（IASD ?，科維亞醫(yī)療，美國；已獲CE認證用于治療射血分數(shù)保留及射血分數(shù)中間值的心力衰竭）和V-Wave? （V-Wave公司，以色列）的幾項早期研究結果令人滿意，患者的運動后肺小動脈楔入壓、紐約心臟病協(xié)會心功能分級、堪薩斯心肌病量表、再住院率等關鍵指標有不同程度的改善［15-21］。目前二者均在進行關鍵性多中心隨機對照研究及提交美國食品藥品監(jiān)督管理局審批，前者納入射血分數(shù)保留的心力衰竭，后者則對于射血分數(shù)保留和降低兩種類型均有入選，其長期安全性和有效性結果值得期待。

本研究是國內(nèi)首個D-Shant心房分流器動物實驗，初步研究結果顯示D-Shant心房分流器的置入具備可行性和較高的安全性。D-Shant心房分流器引導的房水平左向右分流可以即刻降低左心房壓力約5 mmHg。這十分令人鼓舞，因為已有研究發(fā)現(xiàn)左心房壓力是決定左心衰竭癥狀和結局的關鍵參數(shù)［22］。左心室充盈壓與死亡和心力衰竭住院治療之間存在關聯(lián)，Dorfs等［23］發(fā)現(xiàn)左心房壓力每增加1 mmHg死亡率增加9%（2%～11%），推測降低5 mmHg左心房壓力可降低45%死亡率。另外本研究還觀察到實驗犬左心室及左心房均較之前縮小，而右心系統(tǒng)顯然沒有受到明顯的影響。最為關鍵的是本研究還觀察到所有實驗犬二尖瓣反流在置入分流器后減輕或消失，這可能得益于心房分流減少了心臟前負荷從而緩解了瓣膜反流，也可能獲益于心房分流后進一步的左心室逆向重構縮小，瓣環(huán)回縮至正常，因而反流消失。這提示我們對于合并二尖瓣反流心力衰竭人群在恰當?shù)臈l件及干預時機使用D-Shant心房分流器治療，可能會緩解患者二尖瓣反流的程度，這是在既往的研究中未觀察到的。

本研究采用國內(nèi)首個研發(fā)的D-Shant心房分流器對實驗動物施行了房間隔分流器置入術，成功造成了醫(yī)源性房間隔分流，觀察了分流器置入前后血流動力學改變及心臟結構及功能變化，結果表明該分流器可以安全有效地造成房間隔水平適當?shù)淖笙蛴曳至?，改善了左心功能及左心大小而對右心結構功能沒有明顯影響；同時顯著減輕了二尖瓣反流程度，隨訪3個月心房分流及瓣膜反流程度仍然同術后一樣維持，并且無實驗犬死亡及出現(xiàn)血栓等并發(fā)癥發(fā)生，提示具有良好的臨床療效，為將來臨床試驗提供了一定的依據(jù)。總之在這個初步動物實驗中我們獲得了良好的結局，毫無疑問，這種方式會成為潛在的治療心力衰竭領域重要的一種手段，后續(xù)更大樣本量的動物研究已經(jīng)啟動，觀察時間更長以及觀察的指標更為詳盡。