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羊心臟血流動力學(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驗羊及對羊心臟血流動力學(xué)影響。方法實驗中，通過心室輔助裝置綿羊在體植入輔助實驗，輔助裝置入口通過不停跳方式植入左心尖，出口與降主動脈吻合。術(shù)前以及術(shù)后測量羊心輸出量、平均動脈壓、左房壓、左室壓（舒張期和收縮期）和心率等血流動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果8例實驗動物，5例術(shù)后存活超過24 h。實驗期間輔助裝置沒有機械故障發(fā)生。實驗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，但是平均動脈壓、左房壓沒有顯著變化。結(jié)論正常實驗羊植入心室輔助裝置部分輔助支持后，左心室工作量減少，實驗動物保持了一個比較正常的心臟血流動力學(xué)狀態(tài)。

心室輔助裝置；部分輔助；在體實驗；血液動力學(xué)

對于終末期心衰，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，機械循環(huán)輔助技術(shù)及輔助設(shè)備的不斷改進(jìn)，通過左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）治療心衰，在過去的幾年則取得了長足的發(fā)展。LVAD是部分或全部代替自然心臟心室泵血的機械裝置，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）主動脈，經(jīng)過過去幾十年的發(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2011年的機械輔助循環(huán)支持部門間注冊研究（INTERMACS）報告稱，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度BTT應(yīng)用，期間一些報告發(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移除后無需再做心臟移植。在臨床上，該現(xiàn)象被稱為LVAD輔助后心臟重構(gòu)逆轉(zhuǎn)（reverse remodeling）。這些結(jié)果的報道使LVAD治療心衰后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的發(fā)生發(fā)展機制成為LVAD應(yīng)用領(lǐng)域的一個研究熱點［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發(fā)了采用磁懸浮驅(qū)動的第三代植入心室輔助裝置-同心VAD。本實驗通過在健康綿羊體內(nèi)植入同心VAD，評估其對實驗動物心功能的影響，通過分析術(shù)前及術(shù)后心臟血液動力學(xué)變化情況，探討LVAD植入對心臟功能影響，為探討心室輔助裝置引起心臟重構(gòu)逆轉(zhuǎn)提供部分理論和實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 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，無發(fā)燒、咳嗽等癥狀，動物批號：SYXK（京）2010-0019。

1.2 心室輔助裝置 同心心室輔助裝置（圖1）為無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 主要實驗設(shè)備 特制羊籠（自制）、麻醉機（Aeon7200，北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司）、心電監(jiān)護儀（RSM-4101K，日本NIHON KOHDEN）、測壓導(dǎo)管（深圳益心達(dá)醫(yī)學(xué)新技術(shù)有限公司）、ACT測量儀及耗材（ACT II，美國美敦力）、麻醉器械直喉鏡、氣管插管、吸痰器、手電筒、側(cè)壁鉗、心尖開孔刀（蘇州同心醫(yī)療器械）、心外科手術(shù)器械、肋骨牽開器、滑線、2 ml抗凝管（BD公司，美國）、5ml采血管（BD公司，美國）、2-0聚酯不可吸收縫合線（Ethibond，美國強生公司）、引流瓶（7A-230，魚躍醫(yī)療）、電磁流量儀（Transonics，Ithaca，NY）、測壓導(dǎo)管（益心達(dá)醫(yī)學(xué)新技術(shù)有限公司，深圳）等。

1.4 實驗試劑 鹿眠寧（吉林華牧動物保健品有限公司）、鹽酸塞拉嗪（吉林省方正動物藥業(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 實驗動物麻醉后，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胸壁肌肉，經(jīng)左側(cè)第四肋間進(jìn)胸，肋骨牽開器撐開肋骨間隙。將輔助裝置主體血泵的驅(qū)動線由第8肋左側(cè)椎旁區(qū)域穿出。剪開心包充分暴露左心室心尖部，分離剝除部分胸降主動脈外膜，經(jīng)靜脈給予肝素（1.5 mg/kg），使得全血活化凝血時間（activated clotting time，ACT）值達(dá)400 s以上，以側(cè)壁鉗鉗夾主動脈峽部遠(yuǎn)端降主動脈，將降主動脈阻斷處切開，用4-0聚丙烯縫合線與泵10 mm出口人工血管做一個側(cè)壁縫合，吻合期間靜點硝普鈉控制頸動脈血壓，吻合完畢后鉗夾泵出口人工血管，松開主動脈側(cè)壁鉗，檢查吻合口處有無漏血。查無漏血后，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)開十字孔，用心尖開孔刀通過十字孔于心尖開孔，拔出心尖開孔刀瞬間，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→降主動脈的循環(huán)旁路（Bypass）。最后注射魚精蛋白注射液逆轉(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)中開始經(jīng)靜脈給予青霉素480萬單位，預(yù)防感染。

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

2 結(jié) 果

2.1 實驗動物 8例實驗動物植入前體征平穩(wěn)，植入實驗后5例存活時間超過24 h，其余3例因麻醉、手術(shù)操作死亡，2例存活時間過20天。

2.2 動物實驗

2.2.1 手術(shù)過程 血泵植入無需體外循環(huán)，手術(shù)方法簡單，時間較短，由于有前期可植入性動物實驗基礎(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，出口吻合于降主動脈。

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

2.2.3 血泵植入對實驗羊血流動力學(xué)影響 取5例存活時間超過24 h羊術(shù)前及術(shù)后24 h時血液動力學(xué)指標(biāo)做統(tǒng)計分析。實驗羊血泵植入前后心輸出量、平均動脈壓（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)變化見表1。

正常實驗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，但是平均動脈壓、左房壓沒有顯著變化。

表1 實驗羊血泵植入前后血液動力學(xué)指標(biāo)（±s）

表1 實驗羊血泵植入前后血液動力學(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

德國的一個心臟中心研究人員指出，131例慢性擴張型心肌病患者，LVAD植入后有32人心臟功能全部恢復(fù)正常（myocardial recovery），成功脫機后5年生存率為78.3%［6］。英國的一篇報告顯示15例非缺血性心肌病患者LVAD輔助后，11例成功撤機，11例脫機患者在隨后的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LVAD輔助后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)（reverse remodeling）。這些結(jié)果的報道使LVAD被用來作為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)展機制成為LVAD應(yīng)用領(lǐng)域的一個研究熱點［4-6］。

國內(nèi)由于LVAD研發(fā)方面的限制，LVAD大都處于實驗階段［8-9］，植入后心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)方面的研究還沒有報道。國外LVAD輔助后重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的研究也圍繞幾個心室重構(gòu)因素展開。血液動力學(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、長度、橫徑較非LVAD治療組顯著減小，同時伴隨著左室擴張程度減少、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LVAD支持治療的患者，對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等通過牛的擴心病動物模型LVAD輔助實驗，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流量或間斷開閉LVAD，對于心室重構(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？到底哪個變化因素對心室重構(gòu)逆轉(zhuǎn)有積極作用還需要進(jìn)一步探討。

本研究通過LVAD對正常動物在體輔助，得到植入后心臟血流動力學(xué)變化情況。血泵植入后擾亂了羊正常的血液動力學(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)的一個因素。本實驗不足的是實驗沒有超聲心動的數(shù)據(jù)支持，實驗例數(shù)也較少，也缺乏心衰動物模型的對照實驗，是未來努力的方向。

本實驗在體實驗結(jié)果令人滿意，兩只實驗羊在體輔助分別為21 d和38 d，無并發(fā)癥，實驗羊各臟器病理檢查結(jié)果表明血泵植入對實驗羊生理功能無影響，與國外同類心室輔助裝置的研究結(jié)果相近，同國內(nèi)實驗階段血泵比較有明顯優(yōu)勢。未來通過大樣本動物實驗為臨床實驗提供可靠基礎(chǔ)，早日實現(xiàn)心室輔助裝置國產(chǎn)化，為國人造福。

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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）

國家高技術(shù)研究發(fā)展863計劃（20012AA041605）首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項項目（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