周玲梅 張文倩 張智偉

(廣東省人民醫(yī)院心兒科 廣東省心血管病研究所，廣東 廣州 510080)

先天性心臟病(congenital heart disease，CHD)是人類常見(jiàn)的先天性疾病類型，發(fā)生率為0.7%～0.8%，是嬰兒和兒童死亡的主要原因[1]。CHD可分為心臟和大血管的形態(tài)和功能異常，以外科或介入治療糾正解剖畸形或改善癥狀，延緩繼發(fā)性肺動(dòng)脈高壓(pulmonary hypertension，PH)及心力衰竭的進(jìn)展是治療CHD的根本手段。因此，為研究CHD的病理生理，優(yōu)化治療手段，建立穩(wěn)定可靠的動(dòng)物模型就至關(guān)重要。體-肺動(dòng)脈分流術(shù)(systemic pulmonary arterial shunt，SPAS)是指通過(guò)建立體循環(huán)動(dòng)脈或靜脈與肺動(dòng)脈的連接，使血流改變走向，繼而改變心臟壓力及負(fù)荷。這種血流改變導(dǎo)致的肺循環(huán)血流及壓力改變適合CHD所致的PH的模型制作。傳統(tǒng)上，該技術(shù)多采用外科手術(shù)方法實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)傷較大，動(dòng)物模型圍手術(shù)期護(hù)理難度大，死亡風(fēng)險(xiǎn)高。介入方式建立SPAS具有創(chuàng)傷小和恢復(fù)快等特點(diǎn)，但其穩(wěn)定性仍待評(píng)估。隨著技術(shù)發(fā)展、經(jīng)驗(yàn)積累和研究需要，建立SPAS的方式不斷得到改進(jìn)，現(xiàn)就SPAS在多種CHD動(dòng)物模型中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行綜述。

1 SPAS的提出和發(fā)展

SPAS最早應(yīng)用于紫紺型CHD的姑息治療。1944年，Helen Taussig和Alfred Blalock為治療法洛四聯(lián)癥，外科手術(shù)建立了鎖骨下動(dòng)脈(或無(wú)名動(dòng)脈)與肺動(dòng)脈的端側(cè)吻合，即所謂的Blalock-Taussig分流術(shù)，該手術(shù)旨在通過(guò)增加肺循環(huán)血流，改善氧飽和度和促進(jìn)肺動(dòng)脈發(fā)育，為后續(xù)的根治手術(shù)創(chuàng)造條件。類似的Ports分流術(shù)(降主動(dòng)脈和左肺動(dòng)脈)、Waterson分流術(shù)(升主動(dòng)脈和主肺動(dòng)脈)、Cooley分流術(shù)(升主動(dòng)脈和右肺動(dòng)脈)等[2]基于不同血管間的吻合術(shù)式也隨之出現(xiàn)，相繼應(yīng)用于各種復(fù)雜CHD的治療。因經(jīng)典Blalock-Taussig分流術(shù)游離了鎖骨下動(dòng)脈，部分患兒出現(xiàn)上肢缺血，而其他術(shù)式也因分流管道堵塞，分流量難以控制等不足，均已鮮有應(yīng)用。目前臨床上最常用的為改良Blalock-Taussig分流術(shù)，是利用聚四氟乙烯血管在鎖骨下動(dòng)脈和肺動(dòng)脈之間建立分流，避免了鎖骨下動(dòng)脈的游離，較好地控制了肺血流量，降低了充血性心力衰竭和PH的風(fēng)險(xiǎn)[2]。該血管孔徑較小，限制了組織內(nèi)生，而纖維母細(xì)胞能將其固定到周圍結(jié)構(gòu)上，使血管穩(wěn)定并降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)。臨床上，SPAS的建立也給難治性PH帶來(lái)了福音。缺乏右向左分流通道的PH患者最終會(huì)發(fā)展至右心衰竭，預(yù)后明顯比艾森曼格綜合征更差，經(jīng)SPAS產(chǎn)生的右向左的血流緩解了過(guò)高的肺循環(huán)壓力，減輕了右心室后負(fù)荷，從而避免了右心衰竭。與房間隔造口術(shù)相比，動(dòng)脈水平建立的分流容易控制分流量，避免了心房壓力的驟升[3]。雖然該分流帶來(lái)的低血氧飽和度會(huì)引起血細(xì)胞代償性增多，易導(dǎo)致血液瘀滯和血栓栓塞，然而通過(guò)選取降主動(dòng)脈與左肺動(dòng)脈的吻合，能保證一側(cè)肺血流量，在維持足夠血氧飽和度的同時(shí)降低右心室后負(fù)荷，另一方面將血栓的危險(xiǎn)局限于下半身，維持了大腦等重要器官的氧供[4]。

2 SPAS用于建立PH模型

傳統(tǒng)的PH模型多以藥物或低壓低氧條件下誘發(fā)為主[5]。注射野百合堿(monocrotaline，MCT)的方法因其操作簡(jiǎn)便，誘導(dǎo)速度快，且多采用大鼠建模，被研究人員廣泛接受，雖機(jī)制尚不明確，但MCT的內(nèi)皮損傷作用能表現(xiàn)出明顯的肺血管重塑和內(nèi)膜增生，這有助于PH的血管重塑機(jī)制的研究[6]。然而MCT可同時(shí)引起心肌炎，累及心室，難以準(zhǔn)確地反映嚴(yán)重PH相關(guān)的右心室肥大或右心衰竭[7]。此外，該模型以一個(gè)急性或亞急性病程誘發(fā)的PH可在多種藥物實(shí)驗(yàn)中得到明顯改善，具有可逆性，這也與臨床上PH治療效果大相徑庭[6，8]。慢性缺氧條件下誘發(fā)的PH模型易預(yù)測(cè)且可重復(fù)性強(qiáng)，模型簡(jiǎn)單，?？梢?jiàn)非肌性血管肌化增厚及右心室肥大等，但不同物種對(duì)慢性缺氧的反應(yīng)各異，且病變可逆，很少發(fā)展至右心衰竭[7，9]，這與臨床上PH晚期血管的不可逆病變之間可能存在不同的機(jī)制[6]。嚴(yán)格意義上，該模型更類似肺部疾病導(dǎo)致的PH，與直接影響肺循環(huán)的其他類型的PH不同。

上述兩種模型都著眼于肺血管重塑的病理改變，但從病因上講，都缺乏類似CHD-PH的左向右分流的血流動(dòng)力學(xué)變化，且模型的肺血管病變無(wú)明顯致死性[5]，與臨床上CHD-PH導(dǎo)致的右心衰竭和死亡結(jié)局相異[7]，因此這兩種模型都不適合用于CHD-PH的研究。SPAS在建立左向右分流的PH模型上已有多年的應(yīng)用[10]，Heath等[11]于1959年就在犬身上建立了Ports分流和Blalock-Taussig分流，20個(gè)月后活檢觀察到了肺血管增厚和阻塞等病變。Rendas等[12]通過(guò)對(duì)4～12周齡的豬進(jìn)行主動(dòng)脈與肺動(dòng)脈干吻合，術(shù)后1～3個(gè)月發(fā)現(xiàn)4周齡豬PH更加嚴(yán)重，認(rèn)為幼豬更適合用于模型。Black等[13]則在妊娠晚期的胎兒羔羊中建立了主-肺動(dòng)脈分流，羔羊分娩后1個(gè)月表現(xiàn)出PH和肺血管重塑，他們認(rèn)為在胎兒循環(huán)的肺血管壓力下降之前建立分流能減輕對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響，使模型能耐受血流變化，也更符合CHD的病程。為方便自身對(duì)照，Schnader等[14]和Bousamra等[15]分別選擇了羊和豬作為模型，把左側(cè)肺動(dòng)脈分支和主動(dòng)脈之間端端吻合，在單側(cè)肺葉動(dòng)脈中也發(fā)現(xiàn)了新生內(nèi)膜病變和管腔狹窄。Rondelet等[16]還利用類似的模型產(chǎn)生持續(xù)過(guò)度循環(huán)，引起右心衰竭。除了研究疾病的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制，以上模型在藥物實(shí)驗(yàn)中也多有應(yīng)用，如吸入性NO、波生坦和前列環(huán)素等[17]，可靠地證明了藥物的有效性。

然而，分流并不等同于壓力升高，升高的肺動(dòng)脈壓力可使肺血管收縮，加速肺血管重塑，發(fā)展出與PH患者相當(dāng)?shù)膹?fù)雜的新生內(nèi)膜病變。臨床上房間隔缺損患者，肺血流量增加而壓力不增加，小部分(10%～17%)會(huì)進(jìn)展到PH。而來(lái)自高壓腔(如左心室和主動(dòng)脈)分流的CHD，肺循環(huán)遠(yuǎn)端血管的阻塞性病變出現(xiàn)較早，PH可能在2～3年內(nèi)發(fā)展至晚期且不可逆轉(zhuǎn)[5，8]。因此，主動(dòng)脈-肺動(dòng)脈之間分流的建立更適合用于PH模型。當(dāng)分流口過(guò)大時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物常因急性右心衰竭而死亡[18]，而分流量過(guò)小則無(wú)法誘發(fā)PH，因此分流口的大小設(shè)計(jì)也需考慮。Heath等[11]證實(shí)犬模型中3～5 mm大小的分流口是合適的，但僅依靠建立分流的動(dòng)物模型是否有機(jī)會(huì)發(fā)展出晚期肺血管重塑和新生內(nèi)膜病變?nèi)晕纯芍液臅r(shí)耗力。

臨床上，PH常隱匿性發(fā)病多年，癥狀出現(xiàn)時(shí)多已有復(fù)雜的病理改變，難以通過(guò)單因素誘導(dǎo)的模型重現(xiàn)。針對(duì)CHD-PH，分流模型所產(chǎn)生的肺血流變化不可或缺，晚期血管重塑病變的缺乏限制了其應(yīng)用。因此，多種手段結(jié)合構(gòu)建的模型可能更符合人的病理生理[6]，有助于進(jìn)一步研究PH的發(fā)病機(jī)制和治療方案。Tanaka等[19]通過(guò)改變肺動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)狀況，證實(shí)增加的肺血流會(huì)促進(jìn)MCT對(duì)肺血管的影響，在分流動(dòng)物模型中，MCT僅5周就在肺動(dòng)脈中誘導(dǎo)出更嚴(yán)重的內(nèi)膜變化。而缺乏內(nèi)皮細(xì)胞損傷時(shí)，5周內(nèi)僅肺血管壓力升高不會(huì)引起肺血管重塑。van Albada等[20]也結(jié)合了主動(dòng)脈-腔靜脈分流和MCT誘導(dǎo)模型，4～5周后誘導(dǎo)出嚴(yán)重的右心衰竭。由于形成肺血管閉塞性病變及更為嚴(yán)重的PH和右心室肥大，且誘導(dǎo)出PH的時(shí)間更短，這類模型隨后被用來(lái)研究病因和逆轉(zhuǎn)病變的可能性[18，21]。

3 介入方法建立SPAS

目前肺動(dòng)脈和體循環(huán)血管的吻合通常通過(guò)外科手術(shù)來(lái)完成，因需要胸骨切開(kāi)和體外循環(huán)，術(shù)后恢復(fù)期長(zhǎng)，護(hù)理和治療更為困難，臨床上常伴隨著高死亡率，尤其是在高?；颊咧衃22-23]。就長(zhǎng)期結(jié)果而言，人工血管和吻合口易扭曲、狹窄和堵塞等，部分患者還需多次手術(shù)，無(wú)疑使手術(shù)的復(fù)雜程度和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步上升[24]。相比之下，介入的并發(fā)癥發(fā)生率更低，術(shù)后監(jiān)護(hù)時(shí)間更短，具有創(chuàng)傷小和恢復(fù)快等特點(diǎn)。在心血管介入治療中，在相鄰的兩條血管壁上穿孔并放置支架可創(chuàng)建各種血管間通道[25]，常用于紫紺型CHD和難治性PH的姑息治療[26]。作為體-肺循環(huán)連接的通道，肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈以及上腔靜脈在某些部位距離相近，因此使用穿隔針、硬導(dǎo)絲末端或射頻能量結(jié)合支架建立通道，具有理論可行性[27]。這種安全有效的方法能減輕這類患者的手術(shù)負(fù)荷，使不能耐受外科手術(shù)的重癥患兒有機(jī)會(huì)延長(zhǎng)生存期，還具有能通過(guò)放置合適大小的支架調(diào)節(jié)流向和血流量的優(yōu)勢(shì)，且方便按需再次擴(kuò)張[28]。

介入方式建立SPAS已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其可行性。Chigogidze等[29]在犬模型中經(jīng)導(dǎo)管分別構(gòu)建了腹主動(dòng)脈與下腔靜脈、升主動(dòng)脈與肺動(dòng)脈干、降主動(dòng)脈與左肺動(dòng)脈之間的吻合，通過(guò)磁鐵拉近血管間距并穿刺植入內(nèi)膜支架，提高穿刺的安全性。Levi等[30]首次報(bào)道了使用磁性導(dǎo)管介導(dǎo)的射頻打孔技術(shù)在豬體內(nèi)建立了降主動(dòng)脈-左肺動(dòng)脈分流的模型，提高了穿刺定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。Sabi等則直接通過(guò)射頻消融的方式在豬體內(nèi)分別建立了主動(dòng)脈-肺動(dòng)脈干分流[31]和上腔靜脈-右肺動(dòng)脈分流[32]。Ratnayaka等[33]則在磁共振成像實(shí)時(shí)引導(dǎo)下穿刺小豬血管建立分流，認(rèn)為比起X射線下磁鐵引導(dǎo)，此方法無(wú)需在肺動(dòng)脈放置目標(biāo)導(dǎo)管。對(duì)于存在右心室出口閉塞或狹窄的患者，導(dǎo)管不易抵達(dá)肺動(dòng)脈，因此磁共振成像引導(dǎo)下的穿刺更為安全，但目前大多器械并不適用于磁共振成像，相應(yīng)設(shè)備仍需研發(fā)和普及。在臨床應(yīng)用上，Esch等[26]于2013年首次將介入建立分流的技術(shù)應(yīng)用于難治性PH患者，使用穿刺針連接降主動(dòng)脈和左肺動(dòng)脈并置入支架，雖然有1例患者術(shù)中因縱膈出血而死亡，其余3例均遠(yuǎn)期預(yù)后良好。Sayadpour Zanjani[34]則認(rèn)為射頻能量能使組織凝固，減少出血，提高建立這種分流的安全性，但目前還無(wú)臨床應(yīng)用。

在模型成功建立的基礎(chǔ)上，支架是影響模型穩(wěn)定性的關(guān)鍵。臨床上的支架主要為金屬裸支架和藥物涂層支架[35]。人工建立的新通道與原有血管不同，炎癥損傷反應(yīng)更為復(fù)雜，需額外評(píng)估支架置入后的反應(yīng)[36]。Sabi等[31]所建的模型中，6個(gè)支架出現(xiàn)了4例自發(fā)性閉塞，這可能是射頻能量的局部刺激導(dǎo)致的組織內(nèi)生和血栓形成。這就需要支架有抗炎和抗血栓作用，理論上支架還應(yīng)能緊附血管壁，保持穩(wěn)定，易于人為再次擴(kuò)張或堵閉，不影響到進(jìn)一步的手術(shù)治療[36]。針對(duì)以上要求，應(yīng)用生物可降解材料(如聚左旋乳酸、鎂合金和鐵合金等)設(shè)計(jì)支架，可能是很好的解決方案[37]。其中金屬可吸收支架能保證足夠的支撐強(qiáng)度，且在降解過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)對(duì)人體有毒性損害，不影響?yīng)M窄血管的自行重塑和發(fā)育，降解后不妨礙后續(xù)手術(shù)或其他操作治療[38]。然而目前金屬可吸收支架的降解速度和殘留降解產(chǎn)物仍需進(jìn)一步改進(jìn)，有待更多實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究驗(yàn)證其遠(yuǎn)期安全性及有效性。

4 總結(jié)

綜上所述，體循環(huán)和肺循環(huán)之間的交通已成為治療某些復(fù)雜CHD和難治性PH的關(guān)鍵，SPAS技術(shù)也是模擬左向右分流型CHD及其所致PH的重要手段。當(dāng)前以介入建立SPAS的技術(shù)仍在不斷改進(jìn)，使得構(gòu)建動(dòng)物模型的方式更加簡(jiǎn)便，實(shí)用性更強(qiáng)。而如何解決以介入建立SPAS的穩(wěn)定性的問(wèn)題，仍是需突破的技術(shù)難題。更多介入器械的研制和改良，可降解支架的改進(jìn)以期得到更加穩(wěn)定和可靠的動(dòng)物模型，最終為臨床患者帶去福音。