心脏瓣膜置换术后心室内气泡栓子的研究进展

王光亮 吴雪梅

(1东北国际医院老年医学中心，辽宁 沈阳 110000；2吉林大学第一医院)

心脏机械瓣膜置换术后的患者，在超声下可见一些可移动的、高反射、发亮的信号影，通常被我们认为是微气泡信号影。Balakrishnan等〔1〕发现非瓣膜术后的中心静脉置管的患者心室、心房内气泡超声影像改变。主动脉机械瓣膜术后超声下可以发现许多栓子信号，Nötzold等〔2〕认为栓子信号是气体的可能性大。心脏瓣膜置换术后，复查心脏彩超可见心室内气泡栓子的报道国内相关文献较少。1975年人工机械瓣膜相关的微气泡被第一次报道〔3〕，目前气泡产生的机制尚不完全清楚。查阅了国内和国外关于心室内气泡栓子的相关文献，本文对心脏瓣膜置换术后心室内气泡栓子的研究进展进行综述。

1 可能的机制

1.1可能与瓣膜产生的气穴现象有关 气穴〔4〕来自拉丁文“cavitus”，指空虚、空处的意思。气穴现象是由于机械力，如由船用的旋转机械力产生的致使液体中的低压气泡突然形成并破裂的现象。高速液体绕物体和绕角点流动的压强降低(可根据伯努利方程定性得到这一结论，即速度高的地方压强低)可导致局部有界的气泡或气体生成，此现象称为气穴，也叫空化现象，是局部有界的闪蒸发并随后的凝结，或是由于压强降低致使溶解在液体中的气体的释放。Rambod等〔5〕认为瓣膜关闭产生突然的压力下降并且在瓣膜的主动脉侧产生湍流现象。如此大的气体浓度梯度，使溶解的气体在瓣膜关闭时湍流的核心低压力区释放，最终形成了主动脉侧的微气泡。Kort等〔6〕也认为微气泡的产生是与瓣膜两侧产生的压力变化有关。空穴气泡被激光摄影机探测到其非常不稳定在0.5 ms内就已经消逝了〔7〕。Graf等〔8〕探测到的空穴直径达到1.8 mm，推测可能是血细胞被瓣膜破坏后破裂产生的空穴，他们的研究发现空穴气泡在0.1 ms内即消失了。Catapano等〔9〕报道1例经食道超声发现人工机械二尖瓣置换术后存在心室微气泡的患者，他们亦考虑微气泡的产生与气穴现象有关。但是Li等〔10〕的实验发现，湍流在气穴形成的过程中所承担的作用并不是很大。Lo等〔11〕实验亦发现湍流内部的压力改变为150 mm汞柱，并不足以产生出现气泡的气穴现象，所以气泡的产生与气穴之间的关系仍需进一步研究。Li等〔12〕实验同样发现湍流单独并不足以产生足够大的气穴产生气泡，他们也认为还有其他的因素导致气泡的产生，进一步的研究是必要的。Johansen〔13〕认为气穴现象可以导致栓塞事件的增多，对人体是有害的。Milo等〔14〕同样发现那些机械瓣膜置换术后的病人，用多普勒超声心动图检测在阀门关闭的瞬间出现的明亮，强烈，高速度和持续的回声。经过实验他们认为，在机械瓣膜关闭瞬间的流体中气泡形成；瓣膜关闭后随着旋涡的形成，气泡迅速变大。Bachmann等〔15〕通过实验提出假设，他们认为很可能是在气穴现象形成的漩涡的中心低压力区产生的气泡，并且在这个低压力的核心区域，微气泡之间彼此融合气泡扩大。Chandran等〔16〕实验发现，在较硬的机械瓣膜移动速度最快的部位最早产生气穴现象。

1.2微气泡的产生与植入心脏瓣膜的形状和功能有关 Milo等〔17〕研究发现，导致微气泡的产生是目前心脏机械瓣膜的固有缺陷。Mackay等〔18〕在模拟的循环中检测到微气泡的存在，并且发现超声信号与瓣膜的形状和大小有关。Kaymaz等〔19〕入组279例心脏瓣膜置换术患者，其中生物瓣膜植入的患者全部没有微气泡的产生。Kaymaz等〔19〕认为微气泡的产生与二尖瓣植入心脏瓣膜的形状和功能有关。Lee等〔20〕实验发现气穴现象的持续时间与瓣膜关闭的速度有关。Eichler等〔21〕研究表明，气穴现象的产生不但与瓣膜的形状大小有关，而且还与瓣膜被置入的位置有关。Lee等〔22〕实验发现，增加瓣膜的柔软性和心脏相协调性可以有效地降低气穴现象的出现，建议这也是未来人工瓣膜的发展趋势。

1.3与血清中的乳酸脱氢酶含量有关 Gencbay等〔23〕入组研究了150例人工机械心脏瓣膜置换术后瓣膜功能正常的患者，其中98例双叶瓣患者，52例单叶瓣患者。发现微气泡现象发生比例比我们以前发现的报道要多，他们发现75%的机械瓣膜置换术后的病人存在微气泡现象。并且行人工双叶瓣置换术的病人发生微气泡现象高达99%明显要比人工单叶瓣置换术的病人发生微气泡现象40%要高得多。62%的病人在降主动脉亦发现了微气泡。乳酸脱氢酶(LDH)的水平与微气泡相关性强，瓣膜导致的溶血进一步促进了微气泡的产生。在实验室的研究中Gencbay等〔23〕发现微空穴被检测到在1 ms内就消逝了。然而在Gencbay等〔23〕研究中微气泡甚至可以在42 cm外的降主动脉被发现。所以一定有某种因素使微气泡可以长时间存在。我们知道的物理定律是，微气泡因为内外的张力在一种不稳定的状态下，不是互相融合就是破裂分解。增加外张力可以使气泡存在的时间更长。

1.4微气泡自身的成分决定其稳定性 Abou-Saleh等〔24〕发现改变微气泡的成分构成可以改变微气泡自身表面张力，进而改变微气泡在血液中存在的时间长度。Lin等〔25〕甚至发现在主动脉根部亦可以发现微气泡。

1.5微气泡最有可能的成分是二氧化碳 Lin等〔25〕实验认为微气泡的产生与血液内含有的二氧化碳浓度有关，因为二氧化碳的易溶解性，微气泡是二氧化碳的可能性大。Biancucci等〔26〕实验也认为机械瓣膜产生的气泡是二氧化碳的可能性大。Girod等〔27〕实验认为相对气穴现象本身来说，血液中的二氧化碳的释放，是瓣膜关闭瞬间产生的气泡更重要的原因。Herbertson等〔28〕发现二氧化碳的浓度并不影响气穴现象的规模程度，但是却与微气泡的产生有着密切的关系。Martens等〔29〕发现二氧化碳具有更快的易溶解性，所以导致血管远端的症状病变的危害要相对来说小一些。但是Boussuges等〔30〕发现1例潜水人员心室及心房内存在大量气泡信号与我们报道的病人的心室内气泡超声信号影像一致，但是他们认为潜水人员的心脏内气泡信号为氮气。

2 微气泡对人体的危害

机械瓣膜置换术后微气泡相关的临床症状目前仍不能被完全确定。尽管有一些推测〔31～36〕，它们可能会导致一些隐性的神经系统改变，尤其是那些更高级的大脑功能例如演讲和记忆，但是相反的观点依然被提出〔37〕，所以目前大规模的临床试验仍是必要的。Brakken等〔38〕发现数例机械瓣膜术后的患者存在微气泡脑栓塞，说明微气泡可以到达脑部血管。Dauzat等〔39〕共入组了72例瓣膜置换术后的患者。应用经颅多普勒超声(TCD)检测颈动脉、 椎动脉、 锁骨下动脉、 大脑前、 中、 后动脉，其中有脑部症状的患者7例，7例中6 例机械瓣患者均在脑血管中发现存在微气泡信号；另外1例生物瓣膜置换术后的患者，虽然存在脑部症状但是没有在脑血管中发现微气泡信号。72例入组患者中有65例患者没有脑部症状，65例没有脑部症状的患者中24例在脑血管中发现存在微气泡信号，其余41例没有发现微气泡信号的患者中20例为机械瓣膜置换术后、21例为生物瓣膜置换术后。Sünbül等〔40〕实验研究发现，进入脑部的气泡数量与患者的心率有关，建议心率控制是必不可少的机械心脏瓣膜患者神经认知功能的保护措施。同时他们也认为微气泡的产生与气穴现象有关。Rifaie等〔41〕在1例患者经皮二尖瓣成形术中发生了冠状动脉的气泡栓塞，说明二尖瓣位置的气泡可以到达冠状动脉。Brennen〔42〕的文章中提到空穴现象导致的微气泡可以破坏红细胞。Takiura等〔43〕认为气穴现象对机械瓣膜本身来说也是有害的，并且长时间后可能会损害机械瓣膜，他们采用频闪仪、高速摄像机检测机械瓣膜周围的气穴现象的时空分布。但是究竟具体对瓣膜本身的危害仍需进一步研究。

3 讨 论

Graf等〔8〕在体外实验已经证明，几乎所有的二尖瓣机械瓣置换者，在瓣膜关闭于二尖瓣位时都出现气穴现象。目前大家比较赞同的观点是，气穴现象使微气泡产生，气泡产生的多少与植入瓣膜的种类、大小、形状有关，微气泡存在的持续时间与血液中的化学成分有关，微气泡最有可能的成分是二氧化碳。微气泡可以导致脑部微循环损伤已经被证实，但是其他器官的损伤目前还不十分确定，但是微气泡的产生对人体是有害的已经得到了公认。虽然研究证实生物瓣膜置换术后没有微气泡产生现象，但是生物瓣膜使用年限低的缺点使得我们不得不考虑应用机械瓣膜。展望未来，如何开发出产生微气泡更少甚至是不产生微气泡的机器瓣膜材料是科学家研究的方向。Li等〔44〕研制出一种新的心脏机械瓣膜所产生的气穴现象明显比圣犹达公司的双叶瓣要少。Schönburg等〔45〕希望通过气泡捕获装置(DBT)减少主动脉瓣置换术的患者微气泡载荷，但是该装置的作用并不是很明显。