磁驱动微型主动脉内轴流泵动力性主动脉瓣的动物试验(1)
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摘要：目的研究磁驱动主动脉内轴流泵一动力性主动脉瓣进行动物体内植入的可行性。方法选取家猪33头，全身麻醉后开胸手术暴露胸降主动脉和心脏。在降主动脉侧壁作切口与26 min Dacron人造血管行端一侧吻合，然后通过人造血管将轴流泵推入升主动脉，环绕结扎“动力瓣”。结果 随着动脉内轴流泵转速的增加，左心室的收缩期峰值压和平均压力逐步下降。当转速达到10 000 r/min时，左心室内压力可降为零。结论 整个左心功能可被轴流泵替代，初步揭示动脉内轴流泵动力性主动脉瓣具有一定可行性。
关键词：心功能衰竭；心脏辅助；动力性主动脉瓣
中图分类号：R542.5 R256 2
文献标识码：A
文章编号：1672—1349(2007)05—0416—02
可植入式心脏辅助装置在晚期心力衰竭治疗中已得到临床应用，植入式心脏辅助装置的核心是高性能的血泵，从结构上来看主要分为两大类，即提供搏动血流的隔膜式血泵和非搏动血流的旋转叶轮式血泵。可植入式心脏辅助装置应具有体积小、效率高、工作稳定可靠、耐久性好等特点，以提高可植入性，减少并发症。旋转叶轮式血泵具有的独特优点，可较好地满足以上多种要求，更由于近年来的观察证实非搏动血流完全可被机体适应，因此叶轮泵已成为近年来该领域的一个重要研究方向。Li等曾提出在主动脉内植入微型轴流泵的心脏辅助设想，并在体外模拟中证实了其可行性。本研究采用急性动物实验，初步观察了该装置的左心辅助作用。
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1 材料与方法
1.1 装置描述动力瓣的动脉腔内结构由“支架笼”和“转了叶轮”体组成。支架笼中心有轴穿过叶轮中心以将其崮定在正确的位置一该支架笼的外肜适合于植入到升主动脉腔内，并有缝合环可缝合固定于主动脉瓣环上。转子的一端连接同定于叶轮，以便提供主动运动的转矩。转子由永磁材料制成，在周围空间存在适当的交变磁场时可吸收其能量转变为动能，这样就可用简单的方法实现电动机的驱动功能。此外，“转子一叶轮”体还应能沿转轴纵向滑动，通过接近和远离动脉瓣口的运动，在保持收缩期较小阻力的条件下，有助于防止舒张期反流，可更好地完成瓣功能。在此结卡勾中，转子的作用实际上是吸收外界交变磁场的能量并将其转变为机械能、而从理论上看，外界磁场的场源既可以来自包绕转子的类似于电动机的筒开定子，也可以来自远距离的磁场源。
本实验的体内植入部分总体积36mL，总重量25g。叶轮表面涂有生物相容性良好的聚氯酯材料，保证了良好的泉特性。1.2动物实验选择90k左右的猪，术前采血1200mL备用。常规备皮，消毒后气管切开插管行全身麻醉。四肢插入导线连接心电监护仪，选择左或右后下肢做动脉切开插入导管连接压力表。术中行胃造瘘插入胃管持续胃肠减压，并插入导尿管观测尿量。
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动物取左侧卧位，右侧第3肋～第5肋间开胸手术暴露胸降主动脉和心脏。在左心尖处向心室内插入细导管测量左心室压力。在降主动脉侧壁作切口与人造血管吻合，然后通过人造血管将轴流泵推入降主动脉，逐步按摩送入升主动脉，环绕结扎“动力瓣”。缝合动脉切口后清洗胸腔，放置引流管，关闭胸腔。在胸外心前区外固定驱动磁源，通电驱动。植入装置后连续静脉给药保持肝素化，用APT仪进行检测，每隔1h测1次，APT值保持在300～400范围内。术后第2天开始从胃管推注华法林，等到华法林开始起作用，停用肝素。
2 结果
体外测试动脉内轴流泵的被动阻力要在15nmHg(1mmHg=0.133 kPa)之内，在前负荷为7mmHg时输出压力可达到100mmHg，流量达到5L/min，以满足维持生理循环。体外交变磁场用60mm×100mm的稀土永磁体旋转产生。驱动距离要达到80mm。
动物实验植入后在非工作状态对心室收缩压和动脉血雎都没有明显影响，不造成明显的负荷增加。在工作状态，动脉内轴流泵可以驱动血液流动，产生足够的压力和流量输出。随着动脉内轴流泵转速的增加，左心室的收缩期峰值压和平均压力逐步下降，当达到额定转速时，左右心室内压力可降为零。动脉血压可维持在100mmHg以上，且在整个实验过程中无明显波动。平均动脉压及心室压力与转速的关系详见表1。
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当动力瓣转速达到4000r/min以上时，左心室压明显低于动脉压，当达到10000r/min时左心室压降为0，说明动力瓣取代心脏做功成为维持外周循环的动力来源。在实际应用时可根据需要，调节使泵在低转速下运行，可以实现有效的左心辅助。
动物试验总共33头猪，其中14头成活少于24 h；7头成活3d；6头成活5d；4头成活7d；2头成活10d。死亡原因：①支架固定不平衡，导致叶轮转动受阻，形成血栓，栓塞死亡6头；②术后各种原因导致出血死亡15头；③其他原因死亡12头。
动力瓣植入动物体，在开始驱动后，每隔1h测1次尿潜血实验，均为阴性。说明溶血非常轻微，在生理范围内。对驱动后死亡的动物做解剖观察动力瓣的血栓形成情况，看到转子与支架笼接触点的缝隙在3d以后形成细小血栓，随着时间的推移逐渐增大。通过多次的试验已发现改进点。目前，此问题正在得到解决。
3 讨论
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各种心脏疾病的严重阶段都可发生泵功能衰竭，心力衰竭引发的内环境紊乱是威胁机体生理稳态的原因。机械性循环辅助装置可以直接纠正心泵衰竭引起的生理紊乱，因此一直是国内外研究的热点。动力瓣是我国学者在国际上首先提出的循环辅助装置，具有独特创新点。该装置需要植入体内的部分仅仅是一个由支架支撑的“转子一叶轮体”，结构更简单，体积更小，解剖相容性也更好。由于植入部分全部包在动脉腔内，因此有更好的抗感染特性。去除了引流管道，进一步使“血液一异物”接触面减小，抗血栓形成的能力增强。血液中活性因子的激活几率也随之减低，进而可保护血液，防止其蜕化。若机体内引入体积很大的引流管道，对周围组织、器官会产生压迫性影响，加之体内大量的异物存在，将大大降低机体的抗感染能力，病人的生活质量也严重下降。而动力瓣在植人体内时对心脏和动脉的损伤很小，特别是对心室肌肉不产生植人性损伤，加之动力瓣可对心室直接卸负荷，这些都特别有利于心脏功能的恢复。有些研究者曾提出瓣泵的辅助装置，认为在主动脉瓣位置植入轴流泵对心室直接卸负荷可能比传统的植入式轴流泵有更多的优越性。动力瓣与瓣泵有相似之处。比如两者均植入到主动脉瓣的位置。但动力瓣有很多特点优于瓣泵。动力瓣不需要供电导线穿入主动脉壁，甚至不需要穿人体内。由此避免了供能导线可能带来的感染、血栓形成等并发症。转轴和电机之间的密封问题是限制植入装置工作寿命的主要因素，在远距离驱动动力瓣的设计中，没有微电机的定子绕组线圈需要隔离，滑动轴承完全浸于血液中，故完全去除了密封问题。在瓣泵植入动脉后，
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