新型人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)SinoCrownTM 的動物實驗研究

劉慶榮，邱克勁，張洪亮，陳陽，趙軒鋮，魯炳呈，昌仁操，張昱昕，高潤霖，吳永健

主動脈瓣狹窄（AS）是最常見的老年心臟瓣膜病，老年人群中發(fā)病率達2%～9%[1]。經(jīng)導管主動脈瓣置換術（TAVR）是用于有外科手術禁忌證或手術高?；颊叩奈?chuàng)主動脈瓣置換手術。TAVR 的有效性和安全性已經(jīng)由多項大規(guī)模臨床注冊研究證實[2]。PARTNER 3 研究[3-4]及Evolut Low Risk 研究[5]等臨床研究明確，TAVR 可在中低危AS 患者應用；2017 年歐洲心臟病學會（ESC）瓣膜性心臟病管理指南將外科手術高危和中危的患者中TAVR 治療提升為Ⅰ類推薦，與外科主動脈瓣置換術推薦等級相同[6]；2021 年ESC 最新瓣膜性心臟病管理指南拓寬了TAVR 的適應證，對于無癥狀重度AS 的治療更加積極[7]。

中國老年AS 患者的瓣膜結構和疾病特點明顯不同于西方患者，表現(xiàn)在二葉式主動脈瓣比例偏多，高達50%以上（歐美指南中二葉式主動脈瓣為TAVR 禁忌證），其次是原位瓣膜鈣化程度高[8-9]；這些國人特有的AS 病變特點增加了手術難度和手術并發(fā)癥發(fā)生風險，包括瓣膜移位甚至脫落、嚴重瓣周漏、永久起搏器植入、術中轉至外科開胸等的風險增加。

新型人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)的研發(fā)極大地促進了TAVR 技術的發(fā)展。SinoCrownTM（北京樂普醫(yī)療）人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)采用短支架設計，為患者TAVR 術后再次冠狀動脈（冠脈）介入治療創(chuàng)造條件；其獨有的“瓣膜脫鉤技術”可使瓣膜釋放過程穩(wěn)定性增強，不彈跳，降低術中瓣膜移位風險。本研究以白豬為動物模型，采用急性、慢性和長期評價相結合的設計方法，評價SinoCrownTM瓣膜系統(tǒng)的安全性和有效性。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和實驗設計

4～5 月齡健康普通級實驗用白豬14 頭，其中雄性7 頭，雌性7 頭，體重40.0～48.5 kg，平均體重（44.39±2.56）kg。所有實驗動物由啟東市隆宇科技農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供，均是初次用于動物實驗且通過檢疫標準操作規(guī)程，均通過TAVR 置換SinoCrownTM瓣膜。

動物入選標準：符合國家《動物檢疫管理辦法》要求；未患各種動物疾病（如消耗性疾病、血液系統(tǒng)疾病、感染性疾病及人畜共患病等）；各項生理指標在參考范圍內；術前影像學檢查顯示未見結構性心臟病或心包異常。術前采用經(jīng)胸超聲心動圖（TTE）評估受試動物的主動脈瓣，評價指標為左心室射血分數(shù)、心輸出量及主動脈瓣瓣環(huán)直徑、有效瓣口面積、平均跨瓣壓差等指標。通過評估排除不適合用于動物試驗的白豬，主要排除標準：主動脈瓣瓣環(huán)直徑＜17.5 mm 或＞26.5 mm，左心室流出道（LVOT）過短甚至無或LVOT 呈喇叭狀，左、右冠脈開口高度＜5 mm。

本實驗按TAVR 術后處理順序依次將14 頭白豬分組：急性組5 頭，術后即刻處死；慢性組3 頭，術后飼養(yǎng)3 個月；長期組6 頭，術后飼養(yǎng)6 個月。急性組在術中和術后即刻評估SinoCrownTM的易用性、血流動力學性能及對毗鄰解剖結構的影響等；慢性組和長期組評估瓣膜長期置換后的安全性、穩(wěn)定性、有效性、耐疲勞性、抗鈣化性能等綜合性能。三組動物分別于術后即刻、3 個月、6 個月行TTE、血液檢查、數(shù)字減影血管造影、病理檢查和器械整體操控性能評估，觀察SinoCrownTM瓣膜置換效果。

1.2 主要實驗儀器、器械與試劑

麻醉機（金陵-013536A，南京普澳醫(yī)療），數(shù)字減影血管造影機（INFX-9000C，佳能，日本），彩色多普勒超聲診斷儀（TA700，東芝，日本），臨時起搏器（5318，美敦力，美國），超滑導絲（北京樂普醫(yī)療，0.032"×1.5 m），直頭超滑導絲（0.032"×2.6 m，北京樂普醫(yī)療），豬尾導管（5 F 或6 F，北京樂普醫(yī)療），超硬導絲（0.035"×2.6 m，庫克醫(yī)療，美國），TAVR 鞘管（22 F 或24 F，戈爾醫(yī)療，美國），臨時起搏電極（5 F，二級，圣猶達，美國），碘帕醇注射液（北京北陸藥業(yè)股份有限公司），注射用頭孢曲松鈉（北京悅康藥業(yè)集團有限公司），華法林鈉（上海信誼九福藥業(yè)有限公司），阿司匹林腸溶片（拜耳，德國）。

1.3 經(jīng)導管人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)（SinoCrownTM）

新型經(jīng)導管人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)（SinoCrownTM）是由中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院和樂普（北京）醫(yī)療器械股份有限公司聯(lián)合研發(fā)，包括人工介入心臟瓣膜（SinoCrownTM）、輸送系統(tǒng)（經(jīng)股動脈輸送系統(tǒng)和經(jīng)心尖輸送系統(tǒng)）和裝載工具三部分，見圖1。SinoCrownTM瓣膜支架材料使用NiTi 形狀記憶合金，短支架設計，設計內外“裙邊”，制作定位標記；瓣葉采用牛心包組織材料；內外“裙邊”采用滌綸材料。輸送系統(tǒng)由高強度編織管組成，遠端加硬和尖端柔性結構設計；雙向彎曲結構設計，通過主動脈弓極其順暢；國際獨創(chuàng)的瓣膜脫鉤技術，穩(wěn)定可靠的鎖定/解鎖結構，保證人工瓣膜順利解鎖；100%可回收再定位輸送系統(tǒng)；分為經(jīng)股動脈輸送系統(tǒng)和經(jīng)心尖輸送系統(tǒng)。裝載工具將SinoCrownTM瓣膜裝載到輸送系統(tǒng)。

圖1 經(jīng)導管人工介入心臟瓣膜系統(tǒng)（SinoCrownTM）示意圖

SinoCrownTM采用經(jīng)導管微創(chuàng)介入治療，通過裝載工具將人工瓣膜裝載進輸送系統(tǒng)內；在醫(yī)學影像設備的監(jiān)護下，通過已建立的血管通路將輸送系統(tǒng)推送至主動脈根部位置，操作輸送系統(tǒng)手柄完成瓣膜的釋放，將瓣膜在主動脈瓣環(huán)處釋放完成瓣膜置換，使患者主動脈瓣功能得到改善。

1.4 TAVR 術前準備

經(jīng)導管人工瓣膜系統(tǒng)準備：（1）輸送系統(tǒng)準備：用肝素生理鹽水沖洗導管內、外表面，使用手柄的按鈕打開/關閉導管，確保注射液體時導管無裂口、管座無滲漏。（2）人工瓣膜準備：準備3 個含 500 ml無菌肝素生理鹽水的無菌器皿，沖洗瓣膜上殘留的保存液；將瓣膜先放入無菌冰生理鹽水中對支架進行冷卻；將瓣膜裝載至輸送系統(tǒng)上并鎖定，壓握瓣膜并將其裝載到輸送系統(tǒng)。

動物準備：術前7 d 實驗動物完成隔離檢疫，由獸醫(yī)檢查確認合格；術前12 h 禁食，8 h 禁水。氣管插管全身麻醉，麻醉機輔助通氣。術前采用TTE測量主動脈瓣瓣環(huán)尺寸及左、右冠脈開口高度等。動物右側45°臥位導管床，固定；使用體表電極持續(xù)監(jiān)測動物心率、心電圖、血氧飽和度；碘伏皮膚消毒、鋪無菌巾。穿刺股動脈，置入6 F 豬尾導管至主動脈根部，行主動脈根部造影，測量主動脈瓣瓣環(huán)尺寸、主動脈竇部直徑及升主動脈直徑。穿刺頸靜脈，置入臨時起搏電極至右心室心尖處，并測試臨時起搏器工作是否正常。

1.5 TAVR 操作過程和術后處理

經(jīng)股動脈路徑TAVR：經(jīng)腹主動脈，置入24 F動脈導引鞘；6 F 豬尾導管完成跨瓣，到達左心室；置入0.035"超硬導絲至左心室心尖部，撤出豬尾導管，將裝載SinoCrownTM瓣膜的輸送系統(tǒng)緩慢通過主動脈弓部；行主動脈根部造影，確保3 個主動脈瓣竇底位于同一平面，左、右冠脈顯影清晰；完成跨瓣后，調整人工瓣膜至合適位置，確認人工瓣膜位置及冠脈開口位置；快速臨時起搏，當收縮壓降至60 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）以下，緩慢旋轉輸送系統(tǒng)手柄的瓣膜釋放旋鈕，釋放人工瓣膜于預期位置，停止快速起搏，造影確認瓣膜開始工作。旋轉輸送系統(tǒng)手柄的瓣膜解鎖旋鈕，完成瓣膜解鎖；術后采用TTE 測量瓣膜形態(tài)及心臟血流動力學等參數(shù)，將輸送系統(tǒng)整體撤出，縫合腹主動脈穿刺點，術畢；實驗動物麻醉復蘇，轉觀察室。

經(jīng)心尖路徑TAVR：胸部常規(guī)消毒鋪巾，動物右側臥位，取劍下與肋弓交角處，切開皮膚逐層分離；使用咬骨剪剪斷肋軟骨1 根，行心包懸吊后于心尖無血管區(qū)行荷包縫合雙針帶氈垂直縫合；穿刺左心室，置入0.035"導引導絲，透視下入降主動脈或頭臂干動脈，經(jīng)股動脈置入6 F 豬尾導管至主動脈根部；將裝載SinoCrownTM瓣膜的輸送系統(tǒng)經(jīng)導絲送入左心室，順行跨瓣；后續(xù)步驟同經(jīng)股動脈路徑TAVR，瓣膜釋放后取出輸送系統(tǒng)，于心尖部位荷包縫合打結，術畢；實驗動物麻醉復蘇，轉觀察室。

術后給予低分子肝素3 d 后，改華法林口服（0.75 mg qd），監(jiān)測國際標準化比值（INR）使之維持在2.0～3.0 之間。術后常規(guī)抗感染治療1 周。

1.6 觀察隨訪內容

動物觀察：術后每日對實驗動物進行臨床觀察并記錄觀察結果，填寫《病例報告表》，包含所有不良事件如心肌梗死、嚴重心律失常、栓塞事件、自體瓣膜功能障礙等并發(fā)癥。

實驗室檢查：分別于術前 1～7 d 內、隨訪期及觀察終點采集血液樣本，進行血常規(guī)、血生化、凝血等檢查。

影像學檢查：三組動物分別于術后即刻、3 個月、6 個月行主動脈根部造影，評估瓣膜位置、瓣膜功能及瓣膜完整性等；通過TTE 檢查評估心臟的整體形態(tài)學、瓣膜功能及血流動力學。

病理學評估：對受試動物心臟、腦、肝、脾、腎臟等主要器官組織行石蠟包埋，切片、蘇木素-伊紅（HE）染色，觀察有無病理變化；評估SinoCrownTM瓣膜組織是否有鈣化、血栓形成、瓣膜改變（撕裂）、鈣鹽沉積、炎癥、組織生長等情況。

1.7 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，正態(tài)分布計量資料以均數(shù)±標準差表示，方差齊者三組間比較采用單因素方差分析，否則采用Kruskal-Wallis 檢驗分析。各組術前術后資料比較采用配對t檢驗或配對秩和檢驗。計數(shù)資料采用例（%）表示，采用卡方檢驗或Fisher 精確檢驗進行組間比較。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

三組動物術前基線資料和手術相關資料（表1）：14 頭實驗用白豬均成功完成SinoCrownTM瓣膜釋放，即刻器械成功率100%。急性組2 頭白豬死亡（1頭因人工瓣膜選型過小致即刻瓣膜脫落；1 頭因冠脈開口高度較低致瓣葉擋住冠脈開口而造成非預期死亡）；急性組其余3 頭、慢性組3 頭和長期組6 頭白豬均依據(jù)研究方案完成TAVR 和術后隨訪，無不良事件和異常死亡發(fā)生。SinoCrownTM瓣膜和輸送系統(tǒng)的裝載、輸送、定位、釋放和回收具有良好的實用性和操作性，滿足手術要求。

表1 三組動物術前基線資料和手術相關資料

三組動物術前和術后實驗室檢查指標比較（表2）：三組動物TAVR 術后全血細胞數(shù)量、形態(tài)、質量正常，肝、腎功能功能正常，出、凝血系統(tǒng)功能正常。與術前比較，除長期組術后6 個月時白細胞計數(shù)明顯降低（P＜0.05）外，各組術前、術后各指標的差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）。

表2 三組動物術前和術后實驗室檢查指標比較（）

表2 三組動物術前和術后實驗室檢查指標比較（）

注：*：該組2 頭白豬因術前評估不足而死亡。與同組術前比較△P＜0.05

三組動物術后病理學評估結果：三組動物于隨訪終點處死后，病理學大體尸檢結果顯示，心、腦、肝、脾、肺、腎臟標本肉眼未見明顯病理改變；主動脈血管外膜完整，內壁光滑，未見血栓、夾層、撕裂及穿孔，所有瓣膜的置入位置相對準確，均準確定位在主動脈根部瓣環(huán)部位，未遮擋左、右冠脈開口，未對二尖瓣瓣葉活動造成影響，心臟各腔室未見明顯病理改變，人工瓣與周圍組織貼合良好，3個月內皮組織已生長完全覆蓋瓣膜的裙邊及大部分人工瓣膜貼壁部分，6 個月內皮組織已基本覆蓋整個人工瓣膜貼壁部分，未見明顯血栓及鈣化及贅生物，瓣葉開閉功能正常。HE 染色顯示：心肌未見異常病理改變，肝、脾、肺、腎、腦未見明顯病理改變。人工瓣膜瓣葉病理切片顯示：術后即刻周圍瓣環(huán)組織無損傷，3 個月及6 個月未發(fā)現(xiàn)明顯炎癥反應，心內膜內皮細胞已經(jīng)均勻生長在瓣葉支架的人工材料表面，在瓣膜兩側及中心未見鈣鹽沉積；6 個月后內皮細胞長滿內膜組織，心肌組織已經(jīng)完全與人工瓣膜融合，難以手工剝離。

三組動物術后人工瓣膜鈣化情況評估：對三組動物的心臟進行解剖，可見人工瓣膜瓣葉活動度良好，觸之柔軟，活動如常，肉眼未見鈣化點，未見贅生物。瓣葉標本鈣含量定量分析顯示，急性組、慢性組、長期組瓣葉鈣含量分別為（0.43±0.26）μg/mg、（0.48±0.18）μg/mg、（0.59±0.20）μg/mg，長期 組與急性組比較差異無統(tǒng)計學意義（P=0.332）。由此可見，隨訪期間SinoCrownTM瓣膜在動物體內無明顯鈣化，具有良好的抗鈣化性能。

三組動物術前和術后TTE 檢查結果：術前TTE檢查顯示，三組動物的左心室射血分數(shù)、心輸出量、主動脈瓣有效瓣口面積、峰值流速、瓣環(huán)直徑及左右冠脈開口高度、LVOT 等參數(shù)均處于正常值范圍。術后TTE 檢查顯示，所有動物置入的人工瓣膜在解剖位置準確固定、瓣葉運動良好，偶見瓣中反流（術后3 個月慢性組2 頭白豬置入的人工瓣膜微量反流，術后6 個月長期組2 頭白豬置入的人工瓣膜微量反流）；三組動物術后左心室射血分數(shù)、心輸出量、左心室舒張末期內徑、左心室收縮末期內徑及主動脈瓣峰值流速、有效瓣口面積、平均跨瓣壓差等血流動力學指標均良好，與術前比較差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）；人工瓣膜開閉自如、形態(tài)位置保持良好，未見明顯鈣化、增生、狹窄、贅生物、心內膜炎等。三組動物術前和術后TTE 檢查結果見表3 和圖2。

圖2 三組動物置入SinoCrownTM 瓣膜后的超聲心動圖檢查結果

表3 三組動物術前和術后經(jīng)胸超聲心動圖指標比較（）

表3 三組動物術前和術后經(jīng)胸超聲心動圖指標比較（）

注：*：該組2 頭白豬因術前評估不足而死亡。1 mmHg=0.133 kPa

三組動物術前和術后主動脈根部數(shù)字減影血管造影檢查結果（圖3）：三組動物分別在術后即刻、3 個月、6 個月行主動脈根部造影檢查顯示，SinoCrownTM瓣膜瓣葉開閉正常，冠脈顯影清晰，未見主動脈夾層。這說明，SinoCrownTM在術后即刻和隨訪終點均能保持良好的工作狀態(tài)，能有效替代動物自體主動脈瓣功能。

圖3 三組動物置入SinoCrownTM 瓣膜前后數(shù)字減影血管造影檢查結果

器械整體操控性能評估：SinoCrownTM瓣膜與輸送系統(tǒng)的匹配性較好，其裝載、輸送性能優(yōu)異，瓣膜支架在體內低劑量X 線下顯影良好，借助定

位標記，瓣膜定位準確，釋放穩(wěn)定，解鎖過程穩(wěn)定，釋放后瓣膜位置良好、功能正常，超聲心動圖顯示瓣葉活動度好且瓣膜支架超聲回聲強。輸送系統(tǒng)的可視顯影好（低劑量7.5 幀/s 透視），手柄舒適感（大小及輕重）、血液密封性、導絲適配性、旋轉手柄松緊程度、輸送系統(tǒng)跨弓性能、扭控性能、跨瓣性能、釋放穩(wěn)定性、解鎖旋鈕操控性和回撤系統(tǒng)性能均良好。在手術過程中，壓握器手柄轉動順暢，壓握后瓣膜進鞘順暢，壓握后瓣膜與系統(tǒng)完整性好。

3 討論

本實驗共完成14 頭實驗用白豬的SinoCrownTM瓣膜置換，器械即刻成功率100%，急性組、慢性組和長期組觀察結果均證實SinoCrownTM瓣膜和輸送系統(tǒng)安全、有效。該動物實驗的順利開展為SinoCrownTM順利開展人體試驗奠定了基礎。

人工心臟瓣膜動物實驗評估對動物模型的選擇尚無統(tǒng)一要求，羊和豬均可。國外研究多選擇羊[10-12]，其大小、體重及心臟結構與成年人接近且長期存活率較高。但成年羊的外周血管較細，實施經(jīng)導管手術入路時會影響輸送系統(tǒng)的評估。本團隊參與多項人工瓣膜研發(fā)動物實驗，積攢了豐富的經(jīng)驗。豬的冠脈竇更大，外周動脈更粗，便于人工介入瓣膜的輸送，實驗成功率高，因此建議新型人工瓣膜的研發(fā)受試動物可首選豬，其血流動力學和實驗室檢查的各項指標與人類類似，而且豬的心血管系統(tǒng)與人類相近，便于術者操作[13-14]。

豬心臟的解剖變異較大，在新型人工介入心臟瓣膜研發(fā)過程中，應充分行術前主動脈根部評估，本實驗因術前評估不足致2 頭白豬死亡。因未對動物LVOT 形態(tài)充分認識，過短或無或喇叭口形態(tài)的LVOT 增加人工瓣膜錨定難度，致1 頭豬的SinoCrownTM瓣膜選型（23 mm）偏小，由于豬的主動脈瓣無鈣化，因此在小型號人工瓣膜釋放后發(fā)生瓣膜脫落；另一頭白豬因原生瓣葉長度和冠脈口高度之間的相對關系評估欠缺，致在冠脈口較低（冠脈開口距主動脈瓣4.7 mm）且原生瓣葉過長的情況下SinoCrownTM置入后發(fā)生冠脈口被遮擋的不良事件，我們在隨后的研究中均選擇冠脈開口高度＞5 mm的動物。使用TTE 測量實驗用白豬的主動脈瓣瓣環(huán)直徑，與主動脈根部CT 測量結果相似[15]，術前瓣環(huán)測量可輔助人工介入心臟瓣膜型號的選擇，提高手術成功率。術前CT 檢查可以輔助確認術中投照角度，有助于降低術中冠脈閉塞的風險。如科研條件允許，建議行多維度的術前評估，包括TTE 和主動脈根部CT 檢查，精準的術前評估可以避免不良事件的發(fā)生。

針對人工瓣膜鈣化和耐久性差等問題，新型抗鈣化生物瓣葉材料正在研發(fā)中，例如魚鰾[16]。與牛源心包生物瓣膜材料相比，魚鰾源生物瓣膜材料力學性能與其相當，且具有雙面光滑、材料厚度均質等優(yōu)點，抗鈣化性能優(yōu)于牛心包材料，可解決牛心包源生物心臟瓣膜易鈣化等問題。

SinoCrownTM瓣膜和輸送系統(tǒng)是新一代自膨脹式人工介入心臟瓣膜，其設計理念和產(chǎn)品特點不同于目前國內臨床使用的Venus-A（杭州啟明）、VitaFlow（上海微創(chuàng)心通）、SAPIEN(愛德華，美國)等瓣膜。我國第一款人工介入心臟瓣膜Venus-A 使用的是豬心包，而SinoCrownTM采用的是牛心包瓣葉組織，持久耐用。目前國內臨床使用的自膨脹式人工介入瓣膜Venus-A 和VitaFlow 采用倒花冠式設計，瓣架體較長，術后冠脈閉塞的發(fā)生風險較高，而SinoCrownTM采用短支架設計，手術安全性更高，在降低冠脈閉塞風險的同時，可為患者TAVR術后再次冠脈介入治療創(chuàng)造條件。Venus-A Plus 和VitaFlow Ⅱ為二代可回收設計的人工介入心臟瓣膜，其輸送系統(tǒng)的可回收性能限制于瓣膜釋放＜2/3 時才可回收，在臨床手術時尚有諸多不足。SinoCrownTM采用創(chuàng)新的瓣膜脫鉤技術，使瓣膜緩慢釋放，如瓣膜釋放位置不佳或移位時，可以實現(xiàn)100%的完全可回收，減少“瓣中瓣手術”的發(fā)生率；輸送系統(tǒng)采取雙向預彎結構，使通過主動脈弓極其順暢，降低TAVR 術中跨弓的難度。目前臨床應用的人工介入心臟瓣膜多為一種手術入徑輸送系統(tǒng)，例如Venus-A、VitaFlow 和SAPIEN 采用經(jīng)股動脈手術入徑，J-Valve（蘇州杰成）采用經(jīng)心尖手術入徑。SinoCrownTM瓣膜的輸送系統(tǒng)采取經(jīng)股動脈和經(jīng)心尖路徑雙款設計，使其可適用更多外周條件不佳的AS患者。

新一代人工介入心臟瓣膜的研發(fā)將促進TAVR技術快速發(fā)展，造福我國更多的AS 患者。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突