人工心脏瓣膜的现状与发展

人工心脏瓣膜的现状与发展 令崔阮 ’ 张正才 ’林巧慈 ’ 北京乐普医疗器械有限会 司 北京大学第三医院 自 年 ’和 第 一次成功将人工瓣膜植人人体心脏以 来 , 人工瓣膜在几十年内经历了几代 的发展 , 出现了多种材料与实施方法 , 为人造瓣膜治疗瓣膜性心脏病提供了 越来越有效 、安全以及方便的器械及 技术支持 。 最先应用于临床的是机械瓣膜 , 采用金属和热解碳材料制得 , 历经几 十年的发展 , 现在以两个叶片全部采 用纯热解碳材料为发展趋势 。生物瓣 的出现略晚于机械瓣 , 年 等 首次将猪主动脉瓣直接植人人体 , 年 详 等改进了生物瓣的 工艺 , 为生物瓣的商业化奠定了基础 。 由于机械瓣和生物瓣都存在着一定的 缺点 , 因此 , 以解决这 种瓣膜缺点为 目的设计出了理论上最完美的瓣膜 , 即组织工程心脏瓣膜 , 但是此种瓣膜 目前也存在着一些技术上的问题 , 还 没有应用于临床 。 以上介绍的传统型瓣膜都需要行 开胸以及心包切开术才能植人瓣膜 , 随着介入医学的发展 , 介人瓣膜技术 出现了 , 年 等报道了 瓣膜支架成功进行肺动脉瓣膜置换术 的临床应用 , 从此经导管瓣膜置换技 术走进临床 , 一种新的瓣膜植人技术 即将逐渐成熟起来 。 一 、 机械拼膜 人工机械瓣膜自从诞生之 日起 , 经历了 代产品 。 第一代人工机械瓣膜 笼球瓣和 笼碟瓣 。这一代瓣膜是由金属笼架和 硅橡胶球型瓣阀组成 , 属周围血流 型 , 跨瓣压差大 , 血流动力学性能较 差 , 血栓栓塞率较高 , 目前基本已被弃 用 。 第二代人工机械瓣膜 侧倾碟瓣 。 碟片具有各向同性热解碳涂层 、 瓣架由 金属整体加工而成 、瓣柱无焊接 , 属于 半中心血流型 , 跨瓣压差较小 , 血栓栓 塞较低 , 血流动力学明显优于第一代 机械瓣 , 目前应用较少 。 第三代人工机械瓣膜 双叶瓣 。 双叶瓣有 个叶片 , 瓣叶打开合理 , 开 口面积大 , 为中心血流型 , 是目前应用 最广泛的机械瓣 。 由于不同公司的设 计不同 , 双叶瓣在材料选择和结构设 计上稍微有所差别 , 有的是金属瓣环 配合热解碳瓣叶 、 有的是瓣环瓣叶全 为热解碳涂层 、 有的是瓣环瓣叶为全 热解碳 、 有的是瓣叶为含钨热解碳 。 热解碳是截至目前公认最好的制 作机械瓣膜的材料 , 是利用流化床沉 积炉高温热解碳源气体 、 产生游离的 原子 、 原子再通过共价结合的方式 沉积在石墨基体上制备而成 , 其硬度 和强度很高 、 耐磨性好 、 生物相容性 好 、 质量轻 、 加工性能好 , 因此很适合 做机械瓣膜 , 一 , 。所以 , 目前市场上主 要产品的瓣架和瓣叶完全采用热解碳 材料来制备 , 其中 , 以热解碳涂层最为 广泛 。纯热解碳产品把涂层做的很厚 , 最后再去掉基体 , 理论上防止了涂层 脱落的可能 , 但是热解碳涂层太厚就 很难保证性能 , 对工艺的要求也较高 , 因而会增加成本 。钨化热解碳或者加 人其它重金属元素的热解碳是为了增 加显影效果 , 这些不同种类的热解碳 在本质上并无大的区别 。 热解碳性能的好坏完全取决于制 备工艺的选择 , 工艺不同 , 制备出来的 热解碳性能差别很大 , 包括强度 、 硬 一 一 度 , 各向异性因子都会有所差异 。制作 机械瓣膜的热解碳性能必学满足一定 条 件 , 比如 弯 曲 强 度 不 得 低 于 、 热解碳必须为各向同性 。制 备热解碳的设备为流化床沉积炉 , 保 证绝佳热解碳工艺的方法就是提供准 确的温度 、 合适的碳源气体浓度以及 稳定的床层面积 , 其中 , 温度和气体浓 度是比较好控制的因素 、 床层面积会 随着沉积的进行逐渐变大 , 因此需要 采取措施调节变化的床层面积 , 只有 这样才能制备出物理性能达标的热解 碳 。 另外 , 报道 中已有三叶瓣的设 计 , 设计思路类似于双叶瓣 , 瓣架上有 个瓣叶开启闭合起到单向阀的作用 , 理论上 , 与人体中的三尖瓣在形态上 更接近 , 血流动力学更好 , 但是因为多 出一个叶片增加了瓣膜潜在的不稳定 性 , 并且没有绝对性的性能提高 , 因此 并没有进入市场 。 机械瓣膜作为目前应用最为广泛 的瓣膜置换假体之一 , 存在一个较严 重的缺点 , 就是在置人了机械瓣膜后 , 病人需要终生服用抗凝血栓药物 不 过机械瓣膜的优点是经久耐用 , 一般 的设计是 一 年 。 冰冻保存方法 , 其优点主要为接近正 常解剖 、 血流动力学恃性优良 、 可成功 重塑心室 、 具有抗感染性 、 血栓栓塞并 发症发生率低 、 无需抗凝治疗 , 但取材 限制及远期狭窄问题使其使用受到限 制 。 临床主要应用的生物瓣膜为异种 生物瓣膜 , 此种瓣脖是把牛心包或猪 心包组织提取出来 , 经过化学处理脱 去细胞组织 , 以防止排异反应 , 经戊二 醛处理过的心包组织还能够使胶原纤 维绞链增加组织强度 。 年来 , 随着瓣 膜固定技术及抗钙化处理的不断发展 改进 , 新型生物瓣不断涌现 一 ”。 由于机械瓣膜存在不可克服的缺 点 , 即易于产生血栓栓塞等 , 病人在植 人机械瓣膜后需终生服用抗血栓药 物 , 给病人带来很多痛苦 。而生物瓣作 为人造心脏瓣膜的第二大系列 , 为完 全中心血流 , 血流动力学性能优良 , 血 栓栓塞发生率低 , 病人在置人生物瓣 后只需服用 个月左右的抗凝血药物 即可 , 为患者减少了很多痛苦 。但是生 物瓣的寿命相对于机械瓣膜要短得 多 , 一般的生物瓣服役年限为 年 , 最 好的也只有巧年左右 , 因此多数病人 面临二次手术的危险压 。 基于 种瓣膜的特点 , 生物瓣多 用于 岁以上的老年人或者特殊的病 人 , 目前国外一般生物瓣的使用率占 一 。另外生物瓣膜的造价较机 械瓣膜要贵很多 , 加上生物瓣衰坏病 例增多 , 目前我国的生物瓣使用率尚 不足 。 虽然生物瓣较机械瓣的市 场占有率要少得多 , 但是 , 生物瓣的临 床应用地位是无法被替代的 。 三 、 组织工程心脏姗膜 机械瓣和生物瓣历经 年的发 展 , 无论在材料 、 血流动力学特性以及 二 、 生物姗膜 生物瓣膜分为同种生物瓣和异种 生物瓣 , 一般具有非常好的生物相容 性和血液动力学特点 , 因此在人工瓣 膜市场中占有很重要的地位 。 同种生物瓣膜的应用比异种瓣要 早 年 , 采用移植新鲜的人体瓣膜来 达到治疗病变瓣膜的目的。 目前 , 临床 应用的同种生物瓣膜包括主动脉瓣 、 肺动脉瓣和二尖瓣 , 均采用抗生素灭 菌及营养介质 ℃保存或液氮一 ℃ 个生物姗傲一般具有非常好的生物相容性和血液动力举特点 , 因此在人工共 跳市场中占有很 , 要的地位 。 新如搜产业 即 个机械 膜是目蔺应用 为广泛的拼跳 换假体之一 , 但是在 , 入后 , 病人姗要 终生服用抗凝血桂药物 外形设计上都已日臻完善 , 这 种瓣膜 在临床上都得到了广泛的应用 。 但无 论是机械瓣还是生物瓣 , 都不是理想 的心脏瓣膜移植物 。 机械瓣膜置换术 后需终生抗凝 , 可能发生与抗凝有关 的出血并发症 。 化学改性的异种生物 瓣由于缺乏生命活性 , 使用 年左右 后将因组织退行性变 、 钙化而导致瓣 膜衰坏 、 功能障碍 同种心脏瓣膜来源 匾乏 , 且可引起排异反应 , 从而影响瓣 膜的耐久性 。 针对以上瓣膜的缺点 , 研制具有 生长能力和更好耐久性的新型人造心 脏瓣膜仍是瓣膜外科领域的重大研究 课题 。 组织工程心脏瓣膜是按照组织工 程学原理 , 首先构建具有心脏瓣膜形 态的支架 , 然后在支架上种植自体活 细胞 , 自体细胞在支架上生长并产生 细胞外基质 , 逐渐对原来的支架进行 改建 , 最终形成完全由自体细胞和基 质所构成的活性瓣膜组织 。 由于这种 新型人造心脏瓣膜具有自我更新和改 造能力 , 生物力学和血液动力学性能 优良 、 耐久性好 、 无需抗凝 , 从而克服 了现有人造心脏瓣膜的不足 , 可望成 为理想的瓣膜替代物 。 组织工程心脏瓣膜的研制已取得 很大进展 , 研制的瓣膜已经成功植人 动物体内 , 其功能在不断提高 , 部分学 者已开始将其用于人体 , 近期效果良 好 。但目前也存在着较多问题 , 因此受 到限制 , 比如 支架材料不理想 , 细胞 来源方面无法有效保存细胞的生理功 能 , 体外预调技术复杂 、 难度较大 , 由 于高压血流下细胞的戴附性得不到保 证 , 植人试验只能应用在低压血流的 肺动脉瓣位置 。 四 、 瓣膜支架 随着介人心脏病学的迅速发展 , 全世界的心脏病患者多了一种治疗选 择 , 冠心病 、 心律失常 、 先天性心脏病 等主要病种的治疗发生了革命性的变 化 。相对于外科手术 , 介入治疗对人体 的创伤微小 、 术后恢复快 、 不留疤痕 、 不损伤劳动力 , 解除了很多患者的疾 苦 。 世纪 年代 , 人们尝试着将导 管介人术应用在瓣膜置换上 , 年 等率先报道在动物模型上 进行经皮置入人工主动脉瓣膜实验研 究以来 , 经导管瓣膜置换技术在人们 的观望和期待中逐渐得到了关注 尤 其在 年 , 等率先报道 了带瓣膜支架成功进行肺动脉瓣膜置 换术的临床应用 继后于 年 , 等报道了首例人体经皮主动 脉瓣膜置换术病例 。 经导管瓣膜病介 人治疗方法的出现开创了经导管瓣膜 置换的新时代 , 目前经导管肺动脉和 主动脉置换术均已超过 例 , 并取 得满意临床疗效 , 并在不断发展中。 瓣膜支架是用不锈钢 、 钦合金 、 钻基合金或镍钦记忆合金丝编织成双 罗盘状网状支架 , 其中镍钦合金为自 膨胀式 , 其它金属合金在置人时需球 囊扩张。双罗盘中间有腰部连接 , 内置 瓣膜环 。所用瓣膜与生物瓣膜所用材料 一样 , 为经戊二醛浸泡处理的动物心包 组织 , 将瓣膜缝合在瓣膜环上 , 制成带 瓣膜的支架。置人时 , 将瓣膜支架收缩 放进导管中 , 一端由导丝固定 , 经导管 由血管推送到合适位置后 , 稍微撤回导 管露出支架 , 支架自膨胀或用球囊扩张 法将支架撑开 , 撤回导管 、 球囊等辅助 器械 , 瓣膜支架便可正常工作。 瓣膜支架的病例目前主要集中在 欧洲 , 其它地区包括美国和中国还没 有正式上市。其中美国已经进入临床 , 相信不久就可以正式上市 中国目前 也有一些科研单位完成了动物试验 , 即将进人临床试验 。 瓣膜支架技术现在面临的主要问 一 一 兜 题是安全问题 , 这也是瓣膜支架久久 没有大规模使用的原因 , 目前也只是 应用于 岁以上的病人或者健康状况 不允许开刀的病人 。 但是瓣膜支架是 瓣膜置换术上的一个革命性变革 , 也 是介入医学目前最尖端的技术 , 随着 研究的进行 、 科技的进步 , 瓣膜支架的 安全问题最终将会被攻克 , 那时候的 瓣膜置换术将是另一番场景 , 病人的 痛苦将减少很多 。 五 、 结语 人工瓣膜的发展牵扯到材料的进 步 、 生物科学以及医学等多学科的发 展 , 只有当各学科高度融合时才能带 来人工瓣膜的进步 , 才能减少瓣膜病 患者的痛苦 , 才能减少瓣膜术产生的 费用 。 目前看来 , 人工瓣膜器械以及瓣 膜手术方法的发展潜力是巨大的 , 相 信以后患者的治愈率会随着科技的发 展而不断提高 。 翻 参考文蔽 川 , , , 伸 一 , , 一 , , 一 , 一 一 一 爪 , , 一 , , , , , 一 【 , , , “ 一 , , 一 , 伸 , , , , 一 , , , 一 一 一 , , 一 , , , 一 一 , , 一 李继 勇 , 张建群 , 景庆铃等 心胜生物拼膜 换术后远期疗效分析 中华胸心血管外科杂志 , , 一 , , , 张宝仁 , 徐志云等 心胜拼膜外料学 人民卫生 出版社 , 一 , , , , 一 , , , , , 一 新如鹅产业 的 一沛潍畔