下肢深靜脈瓣膜替代物的發(fā)展現(xiàn)狀

鄭 葳，吳英鋒,2

1 首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院血管外科，北京 100053

2 首都醫(yī)科大學附屬北京潞河醫(yī)院血管外科，北京 101199

慢性靜脈疾病（chronic venous disease，CVD）主要發(fā)生于下肢部位，由靜脈高壓導致，而靜脈高壓的形成原因主要為靜脈瓣膜功能不全和靜脈阻塞，靜脈瓣膜功能不全發(fā)生率是靜脈阻塞的3～4倍[1]。慢性深靜脈瓣膜功能不全可導致一系列臨床癥狀，如復發(fā)性潰瘍、下肢疼痛和腫脹等，臨床治療復雜且療效不一，其中，淺靜脈曲張可通過傳統(tǒng)剝脫術或其他微創(chuàng)手術治愈。原發(fā)性的瓣膜功能不全（primary valve insufficiency，PVI）主要由先天原因所致，繼發(fā)性瓣膜功能不全或與血栓形成后綜合征（post-thrombotic syndrome，PTS）相關。目前指南建議在靜脈瓣膜的處理上，若瓣膜結構仍然保留，應首先進行瓣膜修復或瓣膜成形術；在瓣膜缺如或瓣膜不完整（嚴重攣縮、瘢痕或破壞）的情況下，可以考慮瓣膜移植或靜脈轉(zhuǎn)位[2]。人工瓣膜一直處于研究和探索的階段，隨著微創(chuàng)介入治療理念和技術的不斷進步，介入器械日益更新，人工靜脈瓣膜的置換已成為目前靜脈外科研究熱點。本文將對瓣膜材料進行分類，論述有關靜脈瓣膜替代物的探索情況。

1 天然組織瓣膜

1.1 自體靜脈瓣膜

早在20世紀60年代就出現(xiàn)了關于動物自體瓣膜移植的研究。1965年，McLachlin等[3]嘗試使用帶瓣膜股靜脈、頭靜脈、大隱靜脈、肱靜脈作為移植物，替換犬PTS失去功能的靜脈段，研究中最佳供體是犬的自體股淺靜脈（直徑略大于受體），但因有肺栓塞的發(fā)生風險，需要臨床試驗來證明。Raju和Fredericks[4]及Taheri等[5]首次提出了使用腋靜脈和肱靜脈作為人的靜脈瓣膜替代物。Taheri等[6]報道了一項5年隨訪的研究，自1980年他們進行了66例（71條肢體）靜脈瓣膜移植術，手術過程中肱靜脈被移植到腘靜脈，5年后75%患者的下肢水腫癥狀得到了改善或完全緩解，18例有潰瘍病史的患者中17例術后潰瘍愈合，術后靜脈造影的31例患者中28例瓣膜所在靜脈段保持通暢。文獻研究了137例重度CVD患者的深靜脈瓣膜重建情況，其中，29例（35條肢體）行對側大隱靜脈-股靜脈移植或腋靜脈-股靜脈移植，術后早期瓣膜功能顯示明顯惡化，術后2年通暢率、有效率分別為57.8%、47.3%，潰瘍患者中約55.3%愈 合[7]。2011年，Kabbani 等[8]研究了1991—2007年18例重度CVD患者（共21條患肢）進行的靜脈瓣膜移植手術，臨床表現(xiàn)-病因?qū)W-解剖學-病理生理學（clinical etiology anatomy pathophysiology，CEAP）分級為C5～C6級，約66%患者發(fā)生PTS，13條腋靜脈被移植至腘靜脈，6條腋靜脈被移植至股總靜脈，2條腋靜脈被移植至隱股交界處，平均隨訪37個月，結果顯示，盡管靜脈瓣膜移植在技術上和癥狀緩解上取得了初步的成功，但瓣膜的長期有效率和癥狀控制情況均較差，癥狀復發(fā)時間（12個月）早于其他研究[9-10]的原因可能為選取的移植供體中僅19%包含多個瓣膜，沒有像其他研究一樣使用聚四氟乙烯等材料包裹靜脈段防止其擴張。靜脈段外用材料包裹可能是把雙刃劍，雖然能夠防止靜脈擴張，但也會導致血栓形成，對潰瘍愈合作用不大。

一些學者構建了更加復雜的自體瓣膜段。2013年，Phillips 等[11]將供體含瓣膜靜脈段固定在鈦鎳諾支架上移植至受體靜脈中，進行了動物實驗以及小型人體試驗，綿羊的一側頸內(nèi)靜脈段被移植到對側，術后取下靜脈段進行觀察，肉眼下觀察均未見血栓形成、支架遷移或傾斜，鏡下觀察未見血栓、炎癥改變或內(nèi)膜增生；人體試驗中，4例有頑固潰瘍病史患者的腋靜脈被移植到腘靜脈，平均隨訪3.8年，所有患者的潰瘍面積都有所減小，其中，2例患者的潰瘍完全愈合，所有瓣膜均通暢且功能良好，表明靜脈瓣膜輔以支架，能夠在術中植入較小的瓣膜，可同時插入多個瓣膜，并且選擇瓣膜放置的位置，有利于術后防止瓣環(huán)再次擴張，效果較好，但后續(xù)未見推廣應用的報道。

既往研究認為內(nèi)皮完整的自體靜脈段是靜脈瓣膜置換術的首選材料[12]，優(yōu)于同種靜脈替代物，因此對自體靜脈瓣膜移植進行了許多嘗試[13-14]。這種手術方法包含3個關鍵內(nèi)容：（1）嚴格的手術技術，靜脈瓣膜段由于術中扭轉(zhuǎn)、過度牽拉、縫合線狹窄等技術缺陷，很容易發(fā)生功能不良而產(chǎn)生回流，且手術操作十分耗時，不適合多瓣膜的移植[15]；（2）合適的瓣膜，上肢靜脈管徑較下肢細，管壁強度低，在血流量更大的下肢其耐受性不強，目前術前定位和評估腋靜脈瓣膜功能的造影或超聲技術并不可靠[15]，在所有考慮進行手術治療的患者中，只有不到5%的患者可以進行瓣膜置換手術，其中僅60%的患者有合適的上肢瓣膜可供移植[16]，40%的腋靜脈瓣膜在術前被發(fā)現(xiàn)不合格，需要修復后才能使用[8]；（3）與獲取靜脈相關的并發(fā)癥，如術后上肢腫脹[15]。

綜上所述，雖然自體靜脈瓣膜移植在技術上可行，術后早期可見患者癥狀緩解，但其遠期療效欠佳，自體可供移植的靜脈瓣膜有限，并不適用于所有人群。

1.2 同種異體靜脈瓣膜

McLachlin等[3]的研究嘗試使用異體犬股靜脈作為移植物，4周后僅7%靜脈段通暢，所有瓣膜均失去功能，肉眼觀察可見異體靜脈內(nèi)部及周圍的炎癥反應大于自體靜脈。隨著組織固定和保存技術（如冷凍干燥、戊二醛處理、低溫保存）的不斷提升，研究者們在異體瓣膜移植上嘗試了許多。Reeves 等[17]研究了凍干處理后人隱靜脈瓣膜的機械性能，冷凍干燥的組織儲存了3～6個月，并在重新水化后進行機械評估，結果顯示，瓣尖能承受遠高于生理靜態(tài)靜脈壓，即大于350 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）的逆向壓力并且沒有泄漏，瓣膜關閉時間為（0.31±0.03）s。冷凍干燥處理的瓣膜可以在室溫下長期儲存，盡管研究中這種瓣膜的某些機械性能表現(xiàn)良好[15]，但未見其生物反應和體內(nèi)性能的后續(xù)研究報道。

戊二醛（glutaraldehyde，GTA）濃度通常為0.2%～0.5%，除了通過蛋白質(zhì)交聯(lián)使組織固定，還可以對動物組織進行滅菌，已被廣泛用于臨床相關生物假體的制備，也被應用于靜脈瓣膜替代物的制備。有學者嘗試了GTA處理后靜脈段的異體犬移植[18]，7周后靜脈通暢性良好，僅25%的瓣膜功能良好。GTA固定的血管材料具有細胞毒性，不能有效固定彈力纖維、易發(fā)生鈣化等不足，易出現(xiàn)退行性病變，遠期易鈣化，最終會影響移植效果[19]。

1997年，Burkhart 等[20]取犬股淺靜脈或頸外靜脈含瓣膜的靜脈段，低溫處理后再移植到其構建的犬功能不全靜脈模型上，分別輔以低流量或高流量的動靜脈瘺（arteriovenous fistula，AVF），測定犬正常靜脈（T0）、功能不全靜脈（T1）、移植后靜脈（T2）這3個狀態(tài)的血流動力學參數(shù)，結果顯示，低溫保存的靜脈瓣膜與天然瓣膜糾正血流動力學的能力相似，但因為更易形成血栓，需要額外的AVF 輔助，而高流量AVF 不會破壞鄰近瓣膜，對維持瓣膜通暢及功能整體效果更好。1999年，Dalsing 等[16]報道了一項多中心的人體研究，以確定低溫保存的靜脈瓣膜段異體移植后是否能在短期（6個月）內(nèi)保持通暢及功能，取出尸體標本上的股淺靜脈含瓣膜段，將其處理后冷凍保存，將其植入10例C4～C6級患者的股淺靜脈或腘靜脈中，經(jīng)6個月隨訪，除1例患者術后發(fā)現(xiàn)蛋白S 缺陷，其他9例患者瓣膜通暢率、有效率分別為78%、67%，6例患者潰瘍愈合，顯示臨床效果良好。Neglen 等[21]進行了類似的試驗，然而這種操作的長期隨訪結果卻不盡如人意，約74%患者解凍后的低溫保存瓣膜功能不全，需要經(jīng)成形術修復后才能移植；術后不到6周，6例患者瓣膜出現(xiàn)了閉塞；術后24個月，約41%患者的瓣膜保持通暢，同時功能完好的僅為27%；術后36個月，約50%患者的潰瘍復發(fā)，疼痛癥狀緩解不理想，腫脹也未能消退。因此，Neglen 等[21]認為與自體靜脈相比，冷凍瓣膜植入術的閉塞率高、通暢率及有效性低、臨床效果差，說明其不應作為瓣膜替代的主要技術。

低溫保存是組織儲存的一種可靠的技術，已被廣泛運用于臨床，但解凍后組織功能的破壞仍是嚴峻的挑戰(zhàn)，冷凍過程中冰晶形成伴隨的生物、物理、化學變化會損害細胞和細胞外成分。研究們使用化學添加劑（冷凍保護劑）來減輕冷凍處理對組織的負面影響[15,22]，低溫保存的同種異體靜脈瓣膜移植術目前仍處于不成熟的臨床研究階段，這種技術若想成為瓣膜重建的主要手術方式，還必須大大改進冷凍保存的技術，提高抗免疫排斥水平，并且要選擇更為匹配的瓣膜[23]。因此，冷凍保存的同種異體靜脈瓣膜雖然也被使用，但由于術后具有較高的并發(fā)癥發(fā)生率、閉塞率和較差的臨床效果及尚未明確的免疫反應等原因，加之來源有限，尚未作為主要移植物[21]。

1.3 異種來源瓣膜和瓣膜替代物

1.3.1牛頸靜脈瓣膜

牛頸靜脈瓣膜因其具有天然瓣膜結構、來源易得等優(yōu)點，近年來被廣泛應用于心血管外科的研究中，一些學者嘗試將其應用于解決CVD的瓣膜替換問題[24]。2000年，美國Gomez-Jorge 等[25]研究將GTA固定的牛頸外靜脈段縫合到鎳鈦支架上，經(jīng)皮植入11只豬的下腔靜脈或髂外靜脈，9只豬術后造影未見反流，靜脈通暢，1～2周后取出靜脈段分析，組織病理學分析顯示內(nèi)皮細胞覆蓋管腔，靜脈壁可見肉芽腫反應和排斥反應，這項短期動物實驗表明，牛靜脈可作為生物假體構建的一個合理的初步選擇，這一觀點也得到了GTA固定使牛靜脈瓣膜具有生物相容性和非血栓形成性報道的支持，同時也表明經(jīng)皮植入靜脈生物假體在技術上是可行的。2003年，de Borst等[12]的研究使用了一種新型自擴支架，將GTA固定的含雙尖瓣膜的牛頸靜脈縫合于鎳鈦支架，這種支架通過管徑略大于受體靜脈而固定，不使用倒鉤，將這種瓣膜植入10只豬的雙側髂靜脈，4周后約67%的瓣膜保持通暢，部分出現(xiàn)了支架移位或血栓形成。

牛頸靜脈管道具有2～4組的天然瓣膜，瓣膜與管道融為一體，不需要另外的縫制，長度足夠便于術中修剪；管道薄、柔軟，瓣膜開放壓力低，生物力學性能接近人體肺動脈瓣，適合人體右心系統(tǒng)的低壓環(huán)境，在低壓條件下具有良好的抗反流性能；管徑可選擇范圍大，來源充足。GTA固定方法處理的牛頸靜脈帶瓣管道已經(jīng)應用于臨床，具有較好的早中期臨床應用效果[26-30]，但是其臨床應用的中遠期結果并不理想。由于GTA自身毒性殘留和牛頸靜脈自身細胞的免疫反應，中遠期鈣化、血栓形成和遠端吻合口狹窄的風險較高[31-34]，最終影響治療效果，目前尚未見到應用于下肢靜脈低流量環(huán)境下的報道。

1.3.2小腸黏膜下層（small intestinal submucosa，SIS）合成瓣膜

2002年，Pavcnik 等[34]研究使用SIS作為瓣膜材料，SIS覆蓋方形支架制作成雙尖瓣（bicuspid venous valve，BVV），在其植入羊頸外靜脈的實驗中，隨訪6個月顯示瓣膜仍能保持通暢及有效，表明SIS作為瓣膜材料可提供細胞滲透和重塑的環(huán)境，抗血栓性較好，但支架上倒鉤的使用會因其穿透靜脈壁而導致血栓形成，且方形支架較為單薄，植入時容易發(fā)生傾斜。因此，2004年，Pavcnik等[35]改進了瓣膜結構，設計出了更加穩(wěn)定的第二代瓣膜（BVV2），在第一代BVV的基礎上，增加了第2個金屬支架，BVV2經(jīng)皮植入羊的頸靜脈，術后所有支架都未見傾斜；術后6周，48個成功植入的瓣膜中26個仍有功能，2個瓣膜的瓣葉與靜脈壁融合而功能不全。為了防止瓣葉與靜脈壁的粘連，確保瓣膜閉合，2008年，Pavcnik等[36]設計了第三代瓣膜（BVV3），并進行了臨床試驗，將其植入15例重度CVD患者的股靜脈，無瓣膜出現(xiàn)移位或傾斜，術后即刻約93%患者的肢體瓣膜功能良好，雖然術后12個月相關檢測顯示所有瓣膜均失去功能，但患者的臨床癥狀卻明顯改善，3例患者潰瘍完全愈合，4例患者潰瘍有所好轉(zhuǎn)。因此，BVV3適合作為生物人工瓣膜的雛形，遠期結果有待進一步研究觀察。

SIS 因其柔韌性作為瓣葉的材料，短期效果良好，但從長期效果來看，SIS小葉會因纖維化、內(nèi)膜增生而增厚、變硬，導致瓣膜功能喪失。Pavcnik等[35-37]的研究嘗試使用抑制細胞生長的化療藥物及非甾體抗炎藥物處理SIS小葉，但效果并不明顯，因此其又提出了兩種方法，一是用內(nèi)皮細胞覆蓋瓣葉，既往研究也證明了這種方法可以防止內(nèi)膜增生提高瓣膜功能[34]；二是使用更加具有生物相容性的材料。Glynn等[38]探索了兩種不同的促進SIS內(nèi)皮化的方法：（1）使用針對血管內(nèi)皮生長因子受體的定向捕獲抗體對材料進行功能化，以促進原位內(nèi)皮化；（2）體外預內(nèi)皮化SIS瓣葉。然而，由于動物群體之間的高度變異性，需要進一步驗證內(nèi)皮細胞接種對SIS的影響。

1.3.3心包/主動脈來源瓣膜

1985年，Gerlock等[39]將一種人工心臟瓣膜放入4只犬的下腔靜脈中，心臟瓣膜的組織來源是牛心包或豬主動脈瓣，植入的瓣膜直徑為12～16 mm，通過造影觀察靜脈的通暢性。盡管所用瓣膜的直徑較大，2只犬瓣膜術后6個月內(nèi)仍保持通暢，2只犬瓣膜術后8個月內(nèi)通暢，未見血栓。Garcia-Rinaldi等[40]研究了牛心包單瓣補片的異種移植，將其植入CVD患者的股淺及大隱靜脈，術后15個月瓣膜功能正常，患者的下肢潰瘍愈合。這個方向值得進一步探索觀察，目前尚未見到大樣本的長期隨訪報道。

2 合成材料瓣膜

1985年，Hill等[41]的研究使用聚氨酯材料和臍靜脈做出了兩種人工瓣膜，分別植入犬的雙側頸外靜脈進行對比觀察，48 h后所有臍靜脈瓣膜都發(fā)生了堵塞，20%的聚氨酯瓣膜在術后第5天仍然通暢，8天后所有的聚氨酯瓣膜閉塞，取出瓣膜段觀察可見紅色血栓形成，研究顯示，聚氨酯瓣膜可能比臍靜脈瓣膜效果更佳，同時證明了聚氨酯材料在靜脈低壓環(huán)境中可能較為耐用，這為未來的實驗提供了新思路。Taheri和Schultz[42]設計了一種環(huán)形雙葉瓣膜，這種瓣膜由鉑或熱解碳覆蓋的鈦制成，中央鉸接形成兩個半圓，經(jīng)過術前金屬壓力測試后，在9只犬股靜脈中植入了10個瓣膜，術后短期結果顯示瓣膜通暢有效，然而，2年后密集的內(nèi)膜增生使所有瓣膜失去功能。

2017年，Boersma 等[43]研究了一種新的帆型自擴瓣膜支架（SailValve），由聚四氟乙烯瓣葉和鎳鈦支架組成，其瓣葉像帆一樣在血流中浮動，就像三角帆在風中航行一樣，充當流量調(diào)節(jié)器使回流最小，而不與靜脈壁完全接觸，將其植入豬的髂靜脈，2～4周后所有瓣膜通暢，62.5%瓣膜功能良好，組織學觀察也未見血栓形成或炎癥反應，顯示了SailValve 的潛力。然而，一篇關于SailValve的后續(xù)研究報道了瓣膜上發(fā)生了炎癥反應[43]。雖然這些研究在瓣膜工程領域提供了有價值的信息，但目前報道的合成瓣膜仍然不能滿足臨床需求[15]。

合成材料（滌綸、聚四氟乙烯等）應用較廣，其優(yōu)點主要是可選擇性強，口徑尺寸齊全，機械強度高；缺點是材料本身無法參與機體代謝，異物長期存在，腔內(nèi)外細胞無法透過人造血管壁生長更替，內(nèi)膜增厚明顯，使用壽命限制，植入異物易感染等[44]。合成瓣膜的開發(fā)促進了介入方法在瓣膜移植中的應用，微創(chuàng)方法使瓣膜能在受體靜脈腔內(nèi)遠端放置，不需要在瓣膜附近進行剝離或靜脈切開，從而降低了難度，避免了多次手術，近年來應用越來越廣泛。既往研究中，瓣膜材料通常由滌綸或聚四氟乙烯制成[3]，這兩種材料在靜脈循環(huán)中需要進行長期抗凝治療，但仍存在血栓形成的風險[45]。目前，研究中使用的假體因鈣化、血栓形成等因素均不符合臨床常規(guī)使用要求[46-47]，未來的研究還需優(yōu)化瓣膜材料，努力探索如何保持長期通暢性。

3 組織工程瓣膜

組織工程在靜脈瓣膜中的應用是一個新興領域，其目標是產(chǎn)生具有重塑、再生和生長潛力的自體瓣膜替代品，以克服目前使用的人工動物源性瓣膜替代品的局限性。在生物反應器中對結構體進行仿生調(diào)節(jié)后，這些活體結構體被內(nèi)皮化，以提供抗血栓表面，其可抵抗目前人工瓣膜假體的血栓栓塞并發(fā)癥[48]。近年來，隨著組織工程在醫(yī)學領域如火如荼地發(fā)展，許多研究者們將這種技術運用到瓣膜的制作中。Teebken 等[48]首次在綿羊模型中研究了基于同種脫細胞基質(zhì)的組織工程靜脈瓣膜（tissue engineering venous valve，TEVV），使用供體羊頸外靜脈制作脫細胞靜脈基質(zhì)，經(jīng)受體羊肌成纖維細胞、內(nèi)皮細胞填充，植入受體羊頸外靜脈中，同時，將自體靜脈移植作為對照，12周后，除2例TEVV由于新的內(nèi)膜形成出現(xiàn)瓣葉固定外，其他瓣膜功能均正常。TEVV與自體組織的差異僅在于其發(fā)生了輕微的炎癥反應。在Teebken等[48]的研究基礎上，Weber等[46]制作了一種基于可完全降解生物支架自體細胞來源的TEVV，其可降解聚乙醇酸-聚4-羥基丁酸與自膨式鎳鈦合金組成的復合支架，填充自體綿羊骨髓間充質(zhì)干細胞并內(nèi)皮化，動物實驗結果表明，這種瓣膜在綿羊模型中可行，可成功地從綿羊骨髓間充質(zhì)干細胞制備小直徑TEVV，這也為將來的動物體內(nèi)實驗提供了基礎。這項研究通過提供具有重塑和生長潛力的非免疫原性、不利于血栓形成的結構物，希望克服非自體替代材料的局限性，為未來的CVD治療開辟新的治療理念。Teebken等[49]后續(xù)又報道了其對人TEVV 的臨床前體外研究，在對人大隱靜脈進行脫細胞處理后，于體外在特殊的生物反應器中植入內(nèi)皮細胞，并進行免疫組化和聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）特征分析，表明脫細胞方案可成功應用于制作人體靜脈組織和瓣膜。

盡管研究者們一直致力于將在動物實驗中成功的TEVV 應用于人體，但動物研究中使用的去細胞和再細胞方法必須經(jīng)過大量修改完善。此外，可供移植的人體供體器官普遍短缺，這些問題嚴重限制了其廣泛應用[46]。Kuna 等[47]的研究首次以尸體作為供體，制作出了人異體TEVV，從尸體標本上獲取了15個股靜脈瓣膜，經(jīng)過脫細胞及再細胞化處理，體外測試其功能，結果顯示，有8個瓣膜功能完好。表明組織工程技術可以產(chǎn)生有效瓣膜的人異體靜脈移植物，使用尸體作為組織來源的方法拓寬了移植物供體的范圍，為臨床研究和應用提供了一種新思路。

綜上所述，組織工程靜脈瓣膜必須滿足2個主要標準：（1）可承受輸送過程中發(fā)生卷曲的潛在風險；（2）由易于獲取的“微創(chuàng)”細胞來制造，避免采集完整供體結構[48]。理想的組織工程靜脈瓣膜應具有與天然瓣膜相似的3層結構，具有較強的機械性能，能承受跨壁壓力和血流對瓣膜的剪應力；瓣膜表面應完全內(nèi)皮化，具有較好的抗血栓形成和抗血小板黏附能力；無免疫原性；具有生長修復功能[50]。基于體外法的TEVV可能更具優(yōu)勢，但這必須通過進一步的體內(nèi)研究來驗證[51]。

4 小結與展望

眾多研究表明了CVD患者對于瓣膜置換的迫切和人工靜脈瓣膜發(fā)展的潛力。然而，盡管已經(jīng)進行了大量的靜脈瓣膜臨床前試驗，但僅少數(shù)的瓣膜應用于臨床，且迄今為止沒有一種瓣膜在臨床上成功推廣使用，幾乎所有臨床試驗和動物實驗的主要問題均為內(nèi)膜增生及血栓形成。因此，未來研究的重點仍應放在有效擔負起瓣膜功能、防止移植瓣膜靜脈段血栓形成和保持置換瓣膜的通暢性。深入了解天然瓣膜組織的生物力學基礎及瓣膜血流動力學將有助于探索瓣膜植入物，材料學的開發(fā)和組織工程理念的發(fā)展將會為瓣膜的制作提供更多的可行方案。