浅谈机械瓣的利与弊

凌国兴，何 巍，郑宝石（广西医科大学第一附属医院心脏外科，广西 南宁 530021）

目前我国风湿性心脏病患者数量庞大，2016年我国风湿性心脏病患者数约250万人[1]。瓣膜置换术是治疗风湿性心脏病的重要手段之一[2]。常见的机械瓣膜类型为双叶机械瓣。近几年来，我科每年瓣膜置换例数约600例。其中，2012年至2017年再次瓣膜置换的患者例数为96例，且机械瓣占多数。第二次与第一次换瓣的手术时间间隔为2～22年。近年来，需要再次瓣膜置换的人数逐年上升，此类患者心脏彩超均提示左房增大，术前心电图均合并房颤。对于风湿性心脏病的患者，无论是二尖瓣或主动脉瓣置换术，术后患者随着时间的推移，左房、室会逐渐增大，伴发房颤。本论文重点从流体力学的角度评价双叶机械瓣的利与弊。

1 目前机械瓣的优点

对于患有严重和有症状的心脏瓣膜病的患者，瓣膜置换手术可改善生存情况和降低死亡率。目前常用的心脏人工瓣膜有生物瓣和机械瓣。生物瓣从血流动力学的性能来看，瓣口中心无任何遮挡，为中心血流，近似人体生理状态，且其材料与血液接触不易形成血栓。但生物瓣瓣膜容易发生撕裂及钙化，影响其寿命。机械瓣为金属瓣叶，在自然条件下耐久性理论上较生物瓣强，再次手术率较生物瓣低，应用较为广泛。一项大型的随机对照研究表明机械瓣的耐久性优于生物瓣[3]。机械瓣的问世，从最初的球笼机械瓣到目前的双叶机械瓣，经过了几十年的发展，其拯救了大量瓣膜病患者的生命，性能也获得了临床医生的认可，全球双叶机械瓣生产成为时代潮流。不可否认其对于瓣膜病患者是一个时代的福音。但随着临床应用的增加，机械瓣的血栓和抗凝出血问题也随着出现，也验证着目前双叶机械瓣是不完美的，是存在缺陷的。

2 目前机械瓣存在的问题

从1970年以St. Jude Medic为代表的双叶机械瓣问世至今，已经历了四十余年的发展，其生物膜、血栓形成、卡瓣及左房增大等并发症仍未得到解决，并没有从根本上改变双叶机械瓣的整体构造。其一，目前双叶机械瓣材料组织相容性尚不完美，表面与血液接触易形成微栓、生物膜。且瓣架与瓣叶之间的间隙以及铰链结构，容易导致血流在其停滞，从而形成血栓。其二，机械瓣的瓣口是三股不等量血流，虽然说在发展的过程中已尽量减少侧瓣血流的面积，但仍不是自然瓣膜一样的中心血流。通过侧瓣血流部分容易形成涡流。并且机械瓣在关闭的过程中会产生反向血流，由于该反向血流的存在，会产生较高的剪切应力和反向喷射性血流，与肺动脉血流相撞形成涡流，这会导致血栓的形成。当反流量过高时，反向血流与正常左房至左室血流相撞，形成涡流，同时反向血流也会使左房压力增加。在术后早期会影响心功能恢复，长期则会增加左房室大小，增加房室颤的发生。且随着左房压力的增加，肺动脉压力也逐渐升高，接着就会导致右房增大而引起三尖瓣关闭不全。随着左房的增大及房颤的出现，易产生血栓沉淀，从而形成恶性循环。国外报道人工梗阻性瓣膜血栓（prosthetic valve thrombosis，PVT）发生率0.7%～7%。经常规食道超声发现的非梗阻性瓣膜血栓高达10%，阻塞性PVT死亡率高达10%[4]。

从血流动力学的观点来看，双叶机械瓣仍存在着一定的压力传导，双叶瓣的瓣叶平面未在瓣环平面上方，在开启过程中，瓣叶打开后有一部分瓣叶处于瓣环下方，有一个反血流方向的传导，更加增加了跨瓣阻力，增加了压力传导，由于该压力传导的存在，会促使左房逐渐扩大。加上瓣叶反流及瓣叶本身质量，相对于正常自身瓣膜而言，左房后负荷更大，为保证充足的心排量，更易出现代偿性左房增大，从而导致房颤等心律失常的发生。就如我们临床上所见二次换瓣的部分患者，心脏超声检查提示心脏中的人工机械瓣膜启闭良好，术中探查也发现人工瓣膜没有问题，但却因为右房增大导致三尖瓣关闭不全，或者新发房颤入院手术。机械瓣置换手术，虽解决了病变的瓣膜问题，但换瓣以后仍存在着心脏器质性的改变。

我国近十年来，机械瓣膜随访的文献已越来越少，大多数随访文献均停留在十年前。机械瓣随访率最高93.57%，最低为86%。平均随访年限最长6.59年，最短为2.23年[5-8]，随访15年生存率为（87.97%±1.13%）[6]。随访年限过短，15年生存率尚未达到理想值，加失访患者的数量，实际15年生存率更低。这与我们平常跟患者家属强调的机械瓣使用年限并不相符，并没有达到理想使用年限。且国内基本无20年以上随访年限，证明机械瓣理论使用年限跟临床并不相符，机械瓣尚不完美，存在缺陷。我们该如何去解决此类问题呢？

3 双叶瓣的下一代瓣膜的构想

在机械双叶瓣这几十年的发展中，众多厂家均在不同的方面改进机械瓣，使其组织相容性更高，降低血栓发生的概率，增加其使用寿命，但尚未有人从流体力学的角度去更改瓣膜的结构。

那么，什么是比较理想的机械瓣膜结构呢？我们认为，应该具有如下特性：

（1）血流动力学特性：正常瓣膜为中心血流，而双叶机械瓣为三股不等大血流，并非真正意义上的中心血流，我中心构想的新一代瓣膜应该为真正的中心血流，更贴近人体正常瓣膜，没有压力传导，没有血流沉淀，瓣叶关闭在瓣环上。

（2）生物相容性：目前机械瓣植入体内易引起血栓形成，是一个非常严重的瓣膜置换术后并发症。新一代瓣膜应尽可能降低血栓发生的风险。所以新一代机械瓣应具有更良好的组织相容性，中心血流的人造瓣膜不易在心脏内形成湍流，不易形成血栓。材料应耐久度更高、更轻便，使得人工瓣膜在心脏内的重量越低，心脏的做功越小。

在此基础上，我中心已获得国家知识产权局颁发的瓣膜专利：双叶不等大机械二尖瓣瓣膜（图1）。该瓣膜为中心血流，且更贴近人体的非对称性瓣膜结构。中心血流能降低血栓发生风险，没有压力传导，减少心脏做功，减少心脏能耗。希望在不久的将来能将该瓣膜投入临床试验，也希望借此机会能激发更多的医务工作者或瓣膜结构研究者发明更适合人体、更加完美的机械瓣，兴利避弊，更多地减少并发症，延长患者的寿命，使得患者从瓣膜置换术中受益终生。

图1 双叶不等大机械瓣瓣膜示意图