HeartCon型左心室輔助裝置(LVAD)的持續(xù)性循環(huán)支持對實驗動物肝腎功能的影響

劉天文 劉曉程 劉志剛 張杰民

中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院，泰達國際心血管病醫(yī)院，天津 300457

0 引言

全世界至少有2 600萬名心力衰竭患者，我國的新發(fā)心力衰竭患者數在以每年50萬例的速度增長。治療心力衰竭的最有效方式是心臟移植術，但是供體的數量遠遠不能滿足需求。目前，廣泛使用的心力衰竭維持器械是左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）。它主要為問題心臟的左心室提供抽吸動力，通過分支動脈向心臟泵入富含氧的血液，并輸送至患者全身。LVAD主要被用作等待心臟移植患者的臨時性維持工具。但在不能進行心臟移植的情況下，也可將LVAD永久性植入患者胸腔。

目前，心室輔助裝置（VAD）已發(fā)展了三代。第一代是氣動式VAD，其體積龐大，操作不便，需要置于胸腔外；第二代是可植入式VAD。使用前兩代產品時，易出現胃腸道出血、中風、設備相關感染和血泵內血栓等并發(fā)癥。第三代是懸浮式VAD，其有更高的機械效率、更好的血液相容性和組織相容性，極大地降低了相關并發(fā)癥的發(fā)生概率。雖然VAD可以解決心力衰竭患者的緊急生存問題，但是在VAD的長期使用中，患者的血流動力學由自然狀態(tài)下的搏動血流變?yōu)榛炝骰蚱搅?，這種改變是否會對機體造成不利影響，值得關注。本研究的主要目的是驗證使用磁液懸浮離心式LVAD時，持續(xù)的血流支持是否會對機體的肝腎功能造成不利影響。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

成年小尾寒羊[SCXK（陜）2014-004]，雄性，（15±1）月齡，體質量（80±5）kg（西安迪樂普生物醫(yī)學有限公司），實驗前進行標準化檢驗、檢疫及驅蟲，隔離飼養(yǎng)2周，臨床表征及血液檢查無異常。

陸眠寧(吉林華牧動物保健品有限公司)，丙泊酚注射液(西安立邦制藥有限公司)，維庫溴銨(哈爾濱三聯(lián)藥業(yè))，利多卡因注射液(上海和豐藥業(yè)有限公司)，肝素鈉(常州千紅生化制藥股份有限公司)，注射用青霉素鈉(華北制藥股份有限公司)。

HeartCon型LVAD（航天泰心科技有限公司），Servoi通用型呼吸機（德國西門子公司)，插件式生命體征監(jiān)護儀、多參數電生理記錄儀（美國BIOMAP公司），抗凝管(美國BD公司)，ACTⅡ型活化凝血時間（activated clotting time，ACT）分析儀及耗材(美國美敦力公司)，負壓吸引器（天津同業(yè)科技發(fā)展有限公司），心外科手術器械、Ethibond不可吸收縫合線(美國強生公司)，7600型全自動生化分析儀（日本日立公司）。

1.2 方法

隨機選取6只實驗用羊，對其進行LVAD植入，并進行為期70 d的持續(xù)血流支持。于術前對實驗羊禁食24 h，禁水16 h。依照體質量（0.6 mg/kg）肌注陸眠寧進行麻醉，建立外周血管通路，完成氣管插管（用丙泊酚注射液誘導插管）。靜脈推注維庫溴銨4 mg進行肌松。呼吸機設置參數：吸入氧體積分數為50%；壓力限制模式（I/E）為1∶2；呼氣終末正壓為8 cmH2O；潮氣量為8 ml/kg；呼吸頻率為20次/分。完成頸靜脈和耳動脈穿刺，進行中心靜脈壓、動脈血壓監(jiān)測及心電和體溫監(jiān)測。在實驗用羊的左側第5、6肋間，逐層切開組織后進胸，建立左心室→血泵→人造血管→降主動脈通路[2-4]。啟動LVAD和控制軟件，進行左心室循環(huán)支持。整個實驗期間，監(jiān)測LVAD記錄的各項參數及實驗羊的生命指征。LVAD各組件的安裝和植入如圖1所示。

圖1 HeartCon左心室輔助裝置

根據平均動脈壓、動脈壓波形及左心室容積，調整血泵轉速為（2 400±100）r/min。術后24 h內，將實驗羊安置于術后固定架中，便于術后護理及監(jiān)測。待循環(huán)穩(wěn)定后，將實驗羊轉移至動物ICU，通過無線參數監(jiān)控及視頻監(jiān)控等手段，進行術后管理。術后14 d，將實驗羊轉移回最初的動物飼養(yǎng)間，模擬臨床出院。6只實驗羊回到動物飼養(yǎng)間后可自如活動，自由采食、飲水。

使用生化分析儀監(jiān)測6只實驗羊在術前和術后的肝腎功能指標，包括尿素（UREA）、肌酐（creatinine，CREA）、谷丙轉氨酶（alanine aminotransferase，ALT）、谷草轉氨酶（aspartate aminotransferase，AST）、總膽紅素（total bilirubin，TBIL）。

本研究通過了泰達國際心血管病醫(yī)院實驗動物倫理委員會的審查（TICH-JY-20171107-10），并按實驗動物使用的3R和5F原則給予人道關懷。

1.3 統(tǒng)計學方法

利用SPSS17.0統(tǒng)計學軟件對實驗數據進行處理，數據以均數±標準差（Mean±SD）表示。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

使用生化分析儀檢測到的6只實驗羊在術前的UREA、CREA、ALT、AST、TBIL指標見表1。將6只實驗羊各項指標的（均值±標準差）值作為各項指標的基線值，為后續(xù)研究提供參照。

表1 6只實驗羊在術前的各項生理指標

對6只實驗羊在術后70 d內的UREA、CREA、ALT、AST和TBIL水平進行監(jiān)測，相關指標的變化如圖2～6所示。術后觀察結果表明，6只實驗羊的尿便排泄正常，有反芻行為，無精神倦怠等異常表現，四肢健康、有力，精力充沛，體質量也以正常速度增長。在整個研究期間，HeartCon型LVAD系統(tǒng)工作正常，未出現控制器失控及血泵失功等故障。

圖2 6只實驗羊在術后70 d內尿素水平變化趨勢

如圖2所示，實驗羊在術后1 d的UREA水平為（7.47±1.99）mmol/L，約為基線值的1.67倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的UREA水平為（3.33±1.00）mmol/L，已恢復至術前水平；從術后14 d至研究結束，UREA水平整體上低于基線值，在1.58～3.30 mmol/L范圍內變化，原因可能與實驗羊的草食習性相關。

如圖3所示，實驗羊在整個研究過程中，CREA水平在82.50～100.67μmol/L范圍內變化，整體上在基線附近波動；術后CREA水平較術前的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

圖3 6只實驗羊在術后70 d內肌酐水平變化趨勢

如圖4所示，實驗羊在術后1 d的ALT水平為（25.83±7.63）U/L，是基線值的1.65倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的ALT水平為（18.33±5.28）U/L，已恢復至術前水平；此后實驗羊的ALT水平在基線附近波動，直至研究結束。

圖4 6只實驗羊在術后70 d內谷丙轉氨酶水平變化趨勢

如圖5所示，實驗羊在術后1 d的AST水平為（254.67±111.28）U/L，是基線值的3.19倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的AST水平為（135.83±34.10）U/L，較術后1 d時下降了近50%，為基線值的1.7倍，但與術前相比仍明顯升高（P＜0.05）；術后14 d時，實驗羊的ALT水平為（80.50±18.04）U/L，已恢復至術前的（78.00±35.94）U/L；此后實驗羊的AST水平維持在基線附近，變化量很小，直至研究結束。

圖5 6只實驗羊在術后70 d內谷草轉氨酶水平變化趨勢

如圖6所示，實驗羊在術后1 d的TBIL水平為（1.72±1.28）μmol/L，是基線值的3.30倍，與術前相比明顯升高（P＜0.05）；術后7 d時，實驗羊的TBIL水平較術后1 d時下降了近45%；術后14 d時，實驗羊的TBIL水平為（0.55±0.41）μmol/L，隨后在0.63～0.88μmol/L的范圍內變化，雖較基線值略有升高（5%～70%），但整體上保持穩(wěn)定，至研究結束。值得注意的是，術后21 d開始，2號和5號實驗羊的TBIL水平有較大波動，影響了整體水平的變化趨勢，但判斷該波動應屬于個體差異，因為另外4只實驗羊的TBIL水平仍維持在基線水平。

圖6 6只實驗羊在術后70 d內總膽紅素水平變化趨勢

3 討論與結論

在20世紀90年代，Reddy等[5]提出假設，即實驗動物使用非脈動、持續(xù)流動式VAD進行長期循環(huán)支持是安全的，不會導致終末端器官的功能障礙。隨即其在綿羊體內植入AB-180型VAD并進行為期28 d的實驗觀察，結果顯示實驗綿羊在實驗終點未顯示出任何神經功能障礙，肝腎功能也恢復至術前水平，提示實驗動物能很好地適應無脈動的循環(huán)支持，該研究推進了持續(xù)流動式VAD的發(fā)展。Saito等[6-7]使用離心式LVAD在9只綿羊體內建立了穩(wěn)定的非脈動持續(xù)循環(huán)支持，并分別在術后第30、60、90 d進行了相關檢查，結果表明循環(huán)組的血漿腎素水平有顯著升高，主動脈內層明顯變薄，肝腎功能均在正常范圍，終末器官的功能及組織學檢查無差異。一些實驗研究和臨床應用的結果表明，經過優(yōu)化的軸流泵和離心泵可提供穩(wěn)定的非脈動持續(xù)循環(huán)支持，并且對終末端器官無不良影響。

在臨床應用方面，Deo等[8]對126例植入持續(xù)流動LVAD的患者的肝腎功能進行了監(jiān)測與分析，結果表明患者的腎功能在早期改善后保持穩(wěn)定。Yoshioka等[9]回顧性研究了接受LVAD植入的460例患者，評估持續(xù)流動（血流搏動性降低）對患者末端器官功能的長期影響，術后30 d的檢查結果顯示所有患者的肝腎功能均有顯著改善，雖然部分患者的腎功能于術后3年后下降至術前水平，但沒有進一步加重。該研究結果證實了持續(xù)流動式LVAD可改善晚期心力衰竭患者的肝腎功能，其中肝功能可保持穩(wěn)定的健康狀態(tài)。Nadziakiewicz等[10]研究了分別植入Heartware和HeartmateⅡ的患者，術后30 d的檢測結果顯示，所有患者的肝腎功能均有改善。Kamdar等[11]回顧性分析了58例接受LVAD植入的患者的臨床資料，其中有10例植入了離心式VAD（VentrAssist），30例植入了軸流式VAD（HeartMateⅡ），有18例植入了脈動式VAD（HeartMate XVE）。該研究結果表明，植入不同類型VAD患者的肝腎功能均有改善，并能穩(wěn)定地維持在正常范圍內，且3種VAD對患者末端器官影響的差異無統(tǒng)計學意義。

在本研究中，6只實驗羊的持續(xù)性循環(huán)支持時間為70 d。整個過程中，實驗羊的UREA、ALT、AST和TBIL水平在術后早期出現不同程度的急性升高，最高值分別為（7.47±1.99）mmol/L、（25.83±7.63）U/L、（254.67±111.28）U/L和（1.72±1.28）μmol/L，與術前的基線值相比，分別升高了67%、65%、219%和230%。術后14 d后，實驗羊的UREA、ALT、AST和TBIL水平均恢復至術前水平，差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。在整個研究過程中，實驗羊的CREA水平的變化無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。本研究結果與國際上的多中心動物實驗和臨床實驗的研究結果一致，在整個實驗期間未發(fā)現實驗羊的肝腎功能因搏動減少而出現不良反應。

本研究中使用的LVAD為磁液懸浮離心式LVAD，型號為HeartCon，該產品由航天泰心科技有限公司生產，且具有獨立的自主知識產權。長期的動物實驗證明，該LVAD的技術性能已經達到國際同類產品的水平，能夠提供足夠的循環(huán)支持并維持末端器官功能，為臨床應用和患者術后并發(fā)癥的防治提供了重要的支撐。該產品的存在極大程度地降低了需進行機械循環(huán)支持的國內終末期心衰患者的經濟負擔。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突