心室辅助装置部分辅助对羊心脏血流动力学的影响

李海洋，吴广辉，蔺嫦燕，侯晓彤，陈 琛，刘修健，徐创业，王 璟，杨 朋，渠文波

·基础研究·

心室辅助装置部分辅助对羊心脏血流动力学的影响

李海洋，吴广辉，蔺嫦燕，侯晓彤，陈 琛，刘修健，徐创业，王 璟，杨 朋，渠文波

目的探讨左心室辅助装置在体部分辅助健康实验羊及对羊心脏血流动力学影响。方法实验中，通过心室辅助装置绵羊在体植入辅助实验，辅助装置入口通过不停跳方式植入左心尖，出口与降主动脉吻合。术前以及术后测量羊心输出量、平均动脉压、左房压、左室压（舒张期和收缩期）和心率等血流动力学参数。结果8例实验动物，5例术后存活超过24 h。实验期间辅助装置没有机械故障发生。实验羊植入心室辅助装置在体部分辅助后，扰乱了羊正常的血液动力学状态，增加了心输出量，降低了心率及左室舒张末期压力，但是平均动脉压、左房压没有显著变化。结论正常实验羊植入心室辅助装置部分辅助支持后，左心室工作量减少，实验动物保持了一个比较正常的心脏血流动力学状态。

心室辅助装置；部分辅助；在体实验；血液动力学

对于终末期心衰，目前药物治疗作用不明显，心脏移植是最有效的治疗手段［1］，但是由于供体有限（全球每年3 500例），能够接受心脏移植的患者（全球每年30 000例）寥寥无几，大约30%患者等待期间死亡［2］，制约了心脏移植的发展。由于上述心脏供体的短缺和其它治疗方法的局限性，极大地促进了机械循环辅助支持的发展。随着全球科技水平的不断攀升，机械循环辅助技术及辅助设备的不断改进，通过左心室辅助装置（left ventricular assist device，LVAD）治疗心衰，在过去的几年则取得了长足的发展。LVAD是部分或全部代替自然心脏心室泵血的机械装置，并列于心脏工作，将部分或全部血液由左心室引出泵入到升（降）主动脉，经过过去几十年的发展，LVAD辅助循环已经成为治疗终末期心衰的一种常规、有效方法。目前全球有十几种LVAD已经应用于临床，用于心脏移植等待供体桥梁过度（bridge to transplant，BTT）、不能心脏移植患者最终治疗（destination therapy，DT）以及心脏恢复治疗（bridge to myocardial recovery，BTR）。美国2011年的机械辅助循环支持部门间注册研究（INTERMACS）报告称，LVAD辅助患者术后1年生存率可以达到75%［3］。LVAD的出现为挽救终末期心衰患者提供了一种有效的手段，大大提高了患者的生活质量。

早期LVAD主要被作为终末期心衰患者心脏移植等待供体桥梁过度BTT应用，期间一些报告发现，部分患者植入LVAD后，左心室功能逐渐恢复到正常水平，LVAD移除后无需再做心脏移植。在临床上，该现象被称为LVAD辅助后心脏重构逆转（reverse remodeling）。这些结果的报道使LVAD治疗心衰后心室重构逆转的发生发展机制成为LVAD应用领域的一个研究热点［4-5］。本课题合作单位苏州同心医疗器器械有限公司研制开发了采用磁悬浮驱动的第三代植入心室辅助装置-同心VAD。本实验通过在健康绵羊体内植入同心VAD，评估其对实验动物心功能的影响，通过分析术前及术后心脏血液动力学变化情况，探讨LVAD植入对心脏功能影响，为探讨心室辅助装置引起心脏重构逆转提供部分理论和实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康绵羊8只，体重（59±9）kg，由北京平谷区模拟医院提供，术前身体状况良好，无发烧、咳嗽等症状，动物批号：SYXK（京）2010-0019。

1.2 心室辅助装置 同心心室辅助装置（图1）为无轴承磁悬浮离心血泵。血泵血液接触面采用了目前血液相容性较好的钛合金材料，血泵重量约350 g左右，可以提供10 L/min的辅助支持。

图1 同心心室辅助装置

1.3 主要实验设备 特制羊笼（自制）、麻醉机（Aeon7200，北京谊安医疗系统股份有限公司）、心电监护仪（RSM-4101K，日本NIHON KOHDEN）、测压导管（深圳益心达医学新技术有限公司）、ACT测量仪及耗材（ACT II，美国美敦力）、麻醉器械直喉镜、气管插管、吸痰器、手电筒、侧壁钳、心尖开孔刀（苏州同心医疗器械）、心外科手术器械、肋骨牵开器、滑线、2 ml抗凝管（BD公司，美国）、5ml采血管（BD公司，美国）、2-0聚酯不可吸收缝合线（Ethibond，美国强生公司）、引流瓶（7A-230，鱼跃医疗）、电磁流量仪（Transonics，Ithaca，NY）、测压导管（益心达医学新技术有限公司，深圳）等。

1.4 实验试剂 鹿眠宁（吉林华牧动物保健品有限公司）、盐酸塞拉嗪（吉林省方正动物药业科技有限公司）、氯胺酮注射液（江苏恒瑞医药有限公司）、丙泊酚注射液（西安立邦制药有限公司）、异氟烷（上海雅培制药有限公司）、利多卡因注射液（上海和丰药业有限公司）、肝素（常州千红生化制药股份有限公司）、氯化钾注射液（天津药业焦作有限公司）、维库溴铵（哈尔滨三联药业）、戊巴比妥钠（上海艾研生物科技有限公司）、注射用青霉素纳（华北制药股份有限公司）、华法林（Orion，芬兰）、鱼精蛋白注射液（上海第一生化有限公司）等。

1.5 麻醉和术前准备 羊术前24 h禁食禁水。术前肌注鹿眠宁（4 mg/kg）和盐酸塞拉嗪（0.5 mg/kg）。经左耳静脉建立静脉通路。静脉注射氯胺酮（15 mg/kg）以诱导麻醉。气管插管后接呼吸机辅助呼吸，用纯氧（100%）和异氟烷（3%），以及持续静滴丙泊酚［6～8 mg/（kg·h）］维持麻醉。

1.6 植入式左心辅助模型的建立 实验动物麻醉后，右侧卧位。静滴利多卡因（2 mg/min）防止心律失常，静脉注射维库溴铵（5 mg）维持肌肉松弛。常规消毒铺单后，用电刀沿皮肤切口方向切开胸壁肌肉，经左侧第四肋间进胸，肋骨牵开器撑开肋骨间隙。将辅助装置主体血泵的驱动线由第8肋左侧椎旁区域穿出。剪开心包充分暴露左心室心尖部，分离剥除部分胸降主动脉外膜，经静脉给予肝素（1.5 mg/kg），使得全血活化凝血时间（activated clotting time，ACT）值达400 s以上，以侧壁钳钳夹主动脉峡部远端降主动脉，将降主动脉阻断处切开，用4-0聚丙烯缝合线与泵10 mm出口人工血管做一个侧壁缝合，吻合期间静点硝普钠控制颈动脉血压，吻合完毕后钳夹泵出口人工血管，松开主动脉侧壁钳，检查吻合口处有无漏血。查无漏血后，用2-0聚酯不可吸收缝合线将血泵入口与心尖吻合袖套缝于心尖合适位置处（10针或12针），用尖刀在心尖吻合袖套孔内开十字孔，用心尖开孔刀通过十字孔于心尖开孔，拔出心尖开孔刀瞬间，入口插管快速插入心尖吻合袖套孔内并固定。血泵在1 800 rpm下排气；移开泵出口人工血管阻断钳后调节血泵转速到辅助转速2 400 rpm左右，使血泵流量保持在3～4 L/min左右，形成左心房→心室辅助装置→降主动脉的循环旁路（Bypass）。最后注射鱼精蛋白注射液逆转肝素作用，安置胸腔引流管接引流瓶，并连接低负压吸引，严密止血、常规关胸。术中开始经静脉给予青霉素480万单位，预防感染。

1.7 数据采集 动物左心室辅助模型建立后，下肢动脉插管建立有创动脉压连续监测，主动脉内植入微型压力计导管，两条充液测压导管分别置入左心房，左心室接生理记录仪进行主动脉、左心室，左心房压力测量。管状超声流量计探头分别置于血泵出口人工血管与主肺动脉测血泵输出流量及心输出量。基线值及术后相关参数测量均在一个稳定状态下（一个状态保持10 min）测量30 s。

2 结 果

2.1 实验动物 8例实验动物植入前体征平稳，植入实验后5例存活时间超过24 h，其余3例因麻醉、手术操作死亡，2例存活时间过20天。

2.2 动物实验

2.2.1 手术过程 血泵植入无需体外循环，手术方法简单，时间较短，由于有前期可植入性动物实验基础，血泵植入后解剖结构匹配良好，血泵入口植入左心尖，出口吻合于降主动脉。

2.2.2 术后护理 图2和图3为2例羊存活时间超过20天以上术后在观察室照片，均没有厌食、感染或神经系统并发症。

2.2.3 血泵植入对实验羊血流动力学影响 取5例存活时间超过24 h羊术前及术后24 h时血液动力学指标做统计分析。实验羊血泵植入前后心输出量、平均动脉压（MAP）、左房压（LAP）、左室压［舒张期（LVPpeakD）和收缩期（LVPpeakS）］和心率（HR）等指标变化见表1。

正常实验羊植入心室辅助装置在体部分辅助后，扰乱了羊正常的血液动力学状态，增加了心输出量，降低了心率及左室舒张末期压力，但是平均动脉压、左房压没有显著变化。

表1 实验羊血泵植入前后血液动力学指标（±s）

表1 实验羊血泵植入前后血液动力学指标（±s）

注：LVSV：左室收缩末容积。

图2 羊1术后第20天照片

图3 羊2术后第38天照片

3 讨 论

德国的一个心脏中心研究人员指出，131例慢性扩张型心肌病患者，LVAD植入后有32人心脏功能全部恢复正常（myocardial recovery），成功脱机后5年生存率为78.3%［6］。英国的一篇报告显示15例非缺血性心肌病患者LVAD辅助后，11例成功撤机，11例脱机患者在随后的4年随访期间内只有2例死亡［7］。在临床上，该现象被称为LVAD辅助后心室重构逆转（reverse remodeling）。这些结果的报道使LVAD被用来作为BTR的应用例数大大增加，也使LVAD治疗心衰后心室重构逆转的发生发展机制成为LVAD应用领域的一个研究热点［4-6］。

国内由于LVAD研发方面的限制，LVAD大都处于实验阶段［8-9］，植入后心室重构逆转方面的研究还没有报道。国外LVAD辅助后重构逆转的研究也围绕几个心室重构因素展开。血液动力学方面，LVAD辅助支持大大提高心力衰竭患者心输出量，同时降低左室充盈压［10］。Drakos等利用全视野数字显微镜及电子显微镜发现，经过LVAD治疗，慢性心衰患者心内膜及心外膜组织中微血管密度显著增高，同时微血管内皮细胞也被激活，提示心肌血供的改善［11］；组织学方面，心衰的心肌组织在体积、长度及横径上均较正常心脏组织明显增大，LVAD辅助治疗后心肌细胞的体积、长度、横径较非LVAD治疗组显著减小，同时伴随着左室扩张程度减少、心室质量减轻［12］；心衰标记物方面，LVAD辅助后心房尿钠肽（ANP）及脑钠肽（BNP）的含量也大大降低［13］。LVAD治疗的患者心肌细胞收缩能力显著优于未经过LVAD支持治疗的患者，对β-肾上腺素受体（βadrenergic receptor，BAR）的反应性也更好，快速舒张能力也有明显改善［6］。LVAD辅助后可使心肌在一定程度上恢复，并导致心肌分子学、基因学上的改变的报道也很多［13-16］。以上都是LVAD临床应用中的一些观察结果。Egemen Tuzun等通过牛的扩心病动物模型LVAD辅助实验，观察辅助后重构逆转现象，结果发现辅助后心室收缩和舒张期的体积、壁厚，ANP和内皮素-1的水平下降，病理组织学和血流动力学指标改善，β-肾上腺素受体和抗肌萎缩蛋白的表达正常化，心室重构逆转发生明显［17］。

目前，国外LVAD主要用于终末期心衰患者，其辅助策略是采用全辅助方式，即辅助期间主动脉瓣基本处于常关状态。这种辅助支持方式使得自然心脏左心室的负荷大大降低，甚至会接近于零，自然心脏左室基本上不做功，其结果使部分患者发生心肌细胞萎缩和心室硬化［18-20］，从而阻碍心室重构逆转的发生，对患者心血管系统反而有害。研究人员还发现间断减少LVAD流量或间断开闭LVAD，对于心室重构逆转有积极作用［21］。综上所述，LVAD辅助可以恢复心输出量和增加全身器官灌注，致重构逆转发生。但是LVAD植入后导致的心脏血流动力学、心脏负荷及冠脉血流的变化情况如何，这种变化与心室重构逆转的具体关系是什么？到底哪个变化因素对心室重构逆转有积极作用还需要进一步探讨。

本研究通过LVAD对正常动物在体辅助，得到植入后心脏血流动力学变化情况。血泵植入后扰乱了羊正常的血液动力学状态，增加了心输出量，降低了心率及左室舒张末期压力，降低了自然心脏左心室的负荷，这可能是LVAD植入后引起重构逆转的一个因素。本实验不足的是实验没有超声心动的数据支持，实验例数也较少，也缺乏心衰动物模型的对照实验，是未来努力的方向。

本实验在体实验结果令人满意，两只实验羊在体辅助分别为21 d和38 d，无并发症，实验羊各脏器病理检查结果表明血泵植入对实验羊生理功能无影响，与国外同类心室辅助装置的研究结果相近，同国内实验阶段血泵比较有明显优势。未来通过大样本动物实验为临床实验提供可靠基础，早日实现心室辅助装置国产化，为国人造福。

［1］ Stehlik J，Edwards LB，Kucheryavaya AY，et al.The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation：twenty-seventh official adult heart transplant report--2010［J］.J Heart Lung Transplant，2010，29（10）：1089-1103.

［2］ Mielniczuk L，Mussivand T，Davies R，et al.Patient selection for left ventricular assist devices［J］.Artif organs，2004，28（2）：152-157.

［3］ Kirklin JK，Naftel DC，Kormos RL，et al.Third INTERMACS Annual Report：the evolution of destination therapy in the United States［J］.J Heart Lung Transplant，2011，30（2）：115-123.

［4］ Mann DL，Barger PM，Burkhoff D.Myocardial recovery and the failing heart：myth，magic，or molecular target［J］？J Am Coll Cardiol，2012，60（24）：2465-2472.

［5］ Maybaum S.Cardiac recovery during continuous-flow left ventricular assist device support：some good news from across the Atlantic［J］.Circulation，2011，123（4）：355-357.

［6］ Dandel M，Weng Y，Siniawski H，et al.Long-term results in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy after weaning from left ventricular assist devices［J］.Circulation，2005，112（9 Suppl）：I37-45.

［7］ Birks EJ，Tansley PD，Hardy J，et al.Left ventricular assist device and drug therapy for the reversal of heart failure［J］.N Engl J Med，2006，355（18）：1873-1884.

［8］ 黄焕雷，祁周措，姚丽明，等.20mL小儿罗叶泵的动物存活实验等［J］.北京生物医学工程，2012，31（3）：251-257.

［9］ 柳光茂，周建业，胡盛寿，等.基于激光三维扫描技术的微型轴流血泵叶轮加工精度检测［J］.北京生物医学工程，2012，31（4）：338-342.

［10］ Rowland CA.Pump it up with an LVAD left ventricular assist device［J］.Nursing，2012，42（4）：47-50.

［11］ Drakos SG，Kfoury AG，Hammond EH，et al.Impact of mechanical unloading on microvasculature and associated central remodeling features of the failing human heart［J］.J Am Coll Cardiol，2010，56（5）：382-391.

［12］ Altemose GT，Gritsus V，Jeevanandam V，et al.Altered myocardial phenotype after mechanical support in human beings with advanced cardiomyopathy［J］.J Heart Lung Transplant，1997，16（7）：765-773.

［13］ Ambardekar AV，Buttrick PM.Reverse remodeling with left ventricular assist devices：a review of clinical，cellular，and molecular effects［J］.Circ Heart Fail，2011，4（2）：224-233.

［14］ Hall JL，Fermin DR，Birks EJ，et al.Clinical，molecular，and genomic changes in response to a left ventricular assist device［J］.J Am Coll Cardiol，2011，57（6）：641-652.

［15］ Wohlschlaeger J，Schmitz KJ，Schmid C，et al.Reverse remodeling following insertion of left ventricular assist devices（LVAD）：a review of the morphological and molecular changes［J］.Cardiovasc Res，2005，68（3）：376-386.

［16］ Mann DL，Burkhoff D.Myocardial expression levels of microribonucleic acids in patients with left ventricular assist devices signature of myocardial recovery，signature of reverse remodeling，or signature with no name［J］？J Am Coll Cardiol，2011，58（22）：2279-2281.

［17］ Tuzun E，Bick R，Kadipasaoglu C，et al.Modification of a volume-overload heart failure model to track myocardial remodeling and device-related reverse remodeling［J］.ISRN cardiol，2011，831062.

［18］ Kinoshita M，Takano H，Taenaka Y，et al.Cardiac disuse atrophy during LVAD pumping［J］.ASAIO Trans，1988，34（3）：208-212.

［19］ Kinoshita M，Takano H，Takaichi S，et al.Influence of prolonged ventricular assistance on myocardial histopathology in intact heart［J］.Ann Thorac Surg，1996，61（2）：640-645.

［20］ Klotz S，Foronjy RF，Dickstein ML，et al.Mechanical unloading during left ventricular assist device support increases left ventricular collagen cross-linking and myocardial stiffness［J］.Circulation，2005，112（3）：364-374.

［21］ Formica P，Murthy S，Edwards P，et al.A structured 3-step approach to evaluate cardiac recovery with continuous flow circulatory support［J］.J Heart Lung Transplant，2010，29（12）：1440-1442.

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）

国家高技术研究发展863计划（20012AA041605）首都卫生发展科研专项项目（2011-1005-02）

100029北京，首都医科大学附属北京安贞医院体外循环科（李海洋、候晓彤），心肺血管疾病研究所（吴广辉、蔺嫦燕、刘修健、徐创业、王 璟）；215125江苏，苏州同心医疗器械有限公司（陈 琛、杨 朋、渠文波）

蔺嫦燕，Email：LLbc＠sina.com