動脈內(nèi)軸流泵的動物體內(nèi)實驗-“田氏”手術(shù)植入法的探索

田步升 鹿素青 郝宗超 陳海豐 郝素萍 田俊斌

動脈內(nèi)軸流泵的動物體內(nèi)實驗-“田氏”手術(shù)植入法的探索

田步升 鹿素青 郝宗超 陳海豐 郝素萍 田俊斌

目的 本研究探討磁驅(qū)動主動脈內(nèi)軸流泵動物體內(nèi)植入手術(shù)-“田氏”植入法及實驗結(jié)果。方法 選取家豬 33頭,全麻后開胸手術(shù)暴露胸降主動脈和心臟。在降主動脈側(cè)壁作切口與 26-mm Dacron人造血管行端-側(cè)吻合,然后通過人造血管將軸流泵推入升主動脈,環(huán)繞結(jié)扎動脈內(nèi)軸流泵。結(jié)果隨著動脈內(nèi)軸流泵轉(zhuǎn)速的增加,左心室的收縮期峰值壓和平均壓力逐步下降。動脈及心室壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。當達到10000rpm轉(zhuǎn)速時,左心室內(nèi)壓力可降為零。結(jié)論 左心功能可被動脈內(nèi)軸流泵替代,揭示動脈內(nèi)軸流泵具有可行性。“田氏”植入手術(shù)是一種簡單可行的植入技術(shù)。

心功能衰竭;心臟輔助;動脈內(nèi)軸流泵;“田氏”植入手術(shù)

臨床研究已表明植入式心臟輔助裝置具有重要的應(yīng)用價值[1,2]。為減少并發(fā)癥,植入式心臟輔助裝置正趨于小型化甚至微型化[3,4]。軸流血泵采用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪驅(qū)動血液,效率高,機械性能可靠。有研究證明連續(xù)的非博動血流可被機體適應(yīng),因此葉輪泵已成為近年來該領(lǐng)域的一個研究方向。我們與中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院的李國榮、朱曉東等研制了在主動脈內(nèi)植入微型軸流泵的心臟輔助裝置[5],并在體外模擬中證實了其可行性。主動脈內(nèi)植入式微型軸流泵具有以下優(yōu)點:①結(jié)構(gòu)簡單體積小,因此比氣動式或電動式隔膜泵更容易植入體內(nèi),對機體的損傷也較小;②與血液的接觸面積較小,因此由異物表面接觸所引起的血栓形成和栓塞的幾率也大大降低;③易加工,成本低,較適合我國廣大患者的經(jīng)濟水平。但該微型泵直接植入到升主動脈內(nèi),常規(guī)的手術(shù)方式是在建立體外循環(huán)后心臟停跳的條件下安裝。由于體外循環(huán)可產(chǎn)生較多的并發(fā)癥,手術(shù)創(chuàng)傷也較大,因此筆者首次探索了在非體外循環(huán)下將微型泵由降主動脈經(jīng)過側(cè)支血管植入升主動脈的手術(shù)方式(本文簡稱“田氏”手術(shù)),并獲得了初步成功。本文總結(jié)了“田氏”手術(shù)植入方法和急性動物實驗及結(jié)果。

1 材料和方法

1.1 裝置描述 動脈內(nèi)軸流泵采用體外磁驅(qū)動技術(shù),可降低植入裝置的結(jié)構(gòu)復雜性,提高工作可靠性,并減小體積。裝置分體外驅(qū)動部分和體內(nèi)植入部分。動脈內(nèi)軸流泵的動脈腔內(nèi)結(jié)構(gòu)由“支架籠”和“轉(zhuǎn)子-葉輪”體組成。支架籠中心有軸穿過葉輪中心以將其固定在正確的位置。該支架籠的外形適合于植入到升主動脈腔內(nèi),并有縫合環(huán)可縫合固定于主動脈瓣環(huán)上。轉(zhuǎn)子的一端連接固定于葉輪,以便提供轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子由永磁材料制成,在周圍空間存在適當?shù)慕蛔兇艌鰰r可吸收其能量轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?這樣就可用簡單的方法實現(xiàn)電動機的驅(qū)動功能(如圖 1)。在此結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)子的作用實際上是吸收外界交變磁場的能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。而從理論上看,外界磁場的場源既可以來自包繞轉(zhuǎn)子的類似于電動機的筒形定子,也可以來自遠距離的磁場源。

1.2 動物實驗 選擇80 kg左右的豬,術(shù)前采血1200m l備用。常規(guī)備皮,消毒后氣管切開插管行全身麻醉。四肢插入導線連接心電監(jiān)護儀,選擇左或右后下肢做動脈切開插入導管連接壓力表。術(shù)中行胃造漏插入胃管持續(xù)胃腸減壓,并插入導尿管觀測尿量。

動物左側(cè)臥位固定,先行左側(cè)第 3肋間開胸,切開心包,充分暴露升主動脈和心臟。在左心尖處向心室內(nèi)插入細導管,測定左心室壓力。用 7號線結(jié)扎右心耳后拉向胸骨一側(cè),牽開右心耳后充分暴露主動脈根部,將升主動脈與主肺動脈分離開,并在主動脈根部套三根線繩(作固定泵體用)。然后再行左側(cè)第五肋間前外側(cè)切口開胸,切斷結(jié)扎斜跨在降主動脈上的奇靜脈,暴露降主動脈,作人造血管與降主動脈端側(cè)吻合,取長約60mm,直徑26 mm的人造血管,剪一寬2mm長15 cm的滌綸布片,先將人造血管吻合端的上下兩側(cè)縫在降主動脈外膜上,然后行人工血管與降主動脈的吻合。吻合的方法是:用 0/4普理線,進針順序為:滌綸布-血管外膜及部分肌層-人工血管的連續(xù)縫合,將人工血管吻合在降主動脈的側(cè)壁上(見圖 2),在吻合口下方的降主動脈處夾側(cè)壁鉗,在人造血管腔內(nèi)切開降主動脈側(cè)壁(見圖 3),將泵體放入人造血管腔內(nèi) ,再加滿生理鹽水,用心耳鉗夾住人造血管的遠端,開放夾在降主動脈處的側(cè)壁鉗,用手小心將人造血管內(nèi)的泵推入降主動脈內(nèi)(見圖 4)。在緊靠吻合口上方的人造處夾側(cè)壁鉗,將多余人造血管剪去,然后縫合人造血管的斷端,開放側(cè)壁鉗(見圖 5)。將自動拉鉤移至第三肋間切口處,用左手將泵體從降主動脈推至主動脈弓處,交給右手先固定在該處,然后迅速將左手置于升主動脈后方,小心將泵體推至升主動脈根部,左手中指與拇指將泵體牢牢捏住。提起預(yù)先置在升主動脈根部的線繩打結(jié)(打三道)(見圖 6),將泵體牢牢固定在升主動脈根部。

圖 1 在降主動脈端側(cè)吻合人造血管

圖 2 動脈壁用側(cè)壁鉗阻斷后作側(cè)切口

圖 3 去除側(cè)壁鉗使人造血管與動脈腔連通,將泵推入動脈腔內(nèi)

圖4 縫合人造血管斷端 圖 5 將動脈內(nèi)泵推入升主動脈內(nèi)并綁扎固定

2 結(jié)果

動物實驗植入后在非工作狀態(tài)對心室收縮壓和動脈血壓都沒有明顯影響,即在葉輪停止主動轉(zhuǎn)動的條件下不會造成明顯的后負荷增加。在工作狀態(tài),動脈內(nèi)軸流泵可以驅(qū)動血液流動,產(chǎn)生足夠的壓力和流量輸出。隨著動脈內(nèi)軸流泵轉(zhuǎn)速的增加,左心室的收縮期峰值壓和平均壓力逐步下降,當達到額定轉(zhuǎn)速時,左右心室內(nèi)壓力可降為零。動脈血壓可維持在 100mm Hg以上,且在整個實驗過程中無明顯波動。動脈及心室壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表1。

表1 平均動脈壓(MAP)及左心室壓(MLVP)與轉(zhuǎn)速(RS)的關(guān)系(mm Hg)

觀測表明:當動脈內(nèi)軸流泵轉(zhuǎn)速達到 4000RPM以上時,左心室內(nèi)平均壓明顯低于動脈壓,當達到 10000RPM左心室內(nèi)平均壓降為 0,說明動脈內(nèi)軸流泵取代心臟做功成為維持外周循環(huán)的動力來源。在實際應(yīng)用時可根據(jù)需要,調(diào)節(jié)使泵在低轉(zhuǎn)速下運行,可以實現(xiàn)有效的左心輔助。

動物試驗 7頭存活 3 d,4頭成活 7 d;2頭成活 10 d。手術(shù)中死亡主要是吻合口的大出血及心跳聚停。術(shù)后死亡原因:①支架固定不平衡,導致葉輪轉(zhuǎn)動受阻,形成血栓,栓塞死亡 6頭;②術(shù)后各種原因?qū)е鲁鲅劳?15頭;③其他原因死亡 12頭。對驅(qū)動后死亡的動物做解剖觀察動脈內(nèi)軸流泵的血栓形成情況,看到轉(zhuǎn)子與支架籠接觸點的縫隙細小血栓形成,是此裝置的改進點。

3 討論

各種心臟疾病的嚴重階段都可發(fā)生泵功能的衰竭,心衰引發(fā)的內(nèi)環(huán)境紊亂是威脅機體生理穩(wěn)態(tài)的原因。機械性循環(huán)輔助裝置可以直接糾正心臟衰竭引起的生理紊亂,因此將成為晚期心衰竭的有效治療技術(shù)。目前在發(fā)達國家,植入式心臟輔助裝置目前已廣泛進入臨床應(yīng)用。我們研制的各型軸流泵為我國患者享受這一醫(yī)學進步奠定了基礎(chǔ),可以預(yù)計,國內(nèi)也將有廣泛應(yīng)用植入式心臟輔助裝置的趨勢。但已有的臨床應(yīng)用的結(jié)果表明:裝置植入后的圍術(shù)期并發(fā)癥和死亡率仍較高。手術(shù)損傷大和體外循環(huán)的應(yīng)用均是重要的影響因素。特別對于晚期心衰的危重患者,對長時間的手術(shù)耐受能力下降。因此,探索各種輔助裝置的低損傷手術(shù)方式是臨床應(yīng)用該技術(shù)時值得研究的問題。本文的初步動物試驗,不僅初步證明了該裝置的基本原理是可以實現(xiàn)的,而且也證實了筆者提出的手術(shù)方法的可行性。

“動脈內(nèi)軸流泵”是我國學者在國際上首先提出的循環(huán)輔助裝置,具有獨特創(chuàng)新點。該裝置需要植入體內(nèi)的部分僅僅是一個由支架支承的“轉(zhuǎn)子-葉輪體”,結(jié)構(gòu)更簡單,體積更小,解剖相容性也更好。由于植入部分全部包在動脈腔內(nèi),因此有更好的抗感染特性。去除了引流管道,進一步使“血液-異物”接觸面減小,抗血栓形成的能力增強。血液中活性因子的激活幾率也隨之減低,進而可保護血液,防止其蛻化。若機體內(nèi)引入體積很大的引流管道對周圍組織、器官會產(chǎn)生壓迫性影響,加之體內(nèi)大量的異物存在,將大大降低機體的抗感染能力,患者的生活質(zhì)量也嚴重下降。

我們的手術(shù)過程表明“動脈內(nèi)軸流泵”在植入體內(nèi)時對心臟和動脈的損傷很小,特別是對心室肌肉不產(chǎn)生植入性損傷,動脈內(nèi)軸流泵可對心室直接卸負荷,這些都特別有利于保護心臟功能并促使其恢復。通過動物試驗我們觀察到,動脈內(nèi)軸流泵植入后,由于其與血液的接觸面積小,因此由血液接觸異物所引起的血栓形成概率極小,加之血液在泵的驅(qū)動下高速運動,除了在轉(zhuǎn)子與支架籠的接觸點,也是渦流的中心點,可形成細小血栓,其他部位沒有發(fā)現(xiàn)血栓形成。雖然本文研究是初步的,但結(jié)果表明遠距離驅(qū)動“動脈內(nèi)軸流泵”可行性,在將來的臨床應(yīng)用中,“田氏”手術(shù)植入方法可作為該裝置的一種較好的手術(shù)方式加以選擇。

[1] Saito S,Nishinaka T,Westaby S.Hemodynamics of chronic nonpulsatile flow:implications for LVAD development.Surg Clin North Am.2004 Feb;84(1):61-74.

[2] Rao V,Oz MC,Flannery MA,Idrissi KA,Argenziano M,Edwards NM,Naka Y.Changing trendsinmechanicalcirculatory assistance:J Card Surg.2004 Jul-Aug;19(4):361-366.

[3] A rvand A,Hahn N,Hormes M,Akdis M,Martin M,Reul H.Comparison of hydraulic and hemolytic properties of different impeller designs of an implantable rotary blood pump by computational fluid dynamics.Artif Organs.2004Oct;28(10):892-898.

[4] A novel intraaortic axial flow pump:dynamic aortic valve.Progr in Natur Scie,2000,10(6):451-456.

[5] Mitamura Y,Nakamura H,Okamoto E et al:Development of the Valvo pump:An Axial Flow Pump Implanted at the Heart Valve Position.Artificial Organs 1999 23(6):566-571.

Explored the new surgical technology of imp lantation of an intra-aortic impeller pump(termed“tian procedure”)by in vivo animal tests.

TIAN Bu-sheng,LU Su-qing,HAO Zong-chao,et al.

Department of ShanxiChangzhi qinghua hospital Changzhi046000,China

Objective This study exp lored the new surgical technology of implantation ofan intra-aortic impeller pump(termed“tian procedure”)by in vivo animal tests.M ethods 33 swineswere anesthetized and,after thoracotomy an 26-mm Dacron graftwas astomosed in an end-to-side fashion to the descending aorta,the intraaortic impeller pump was positioned inside the aortic chamber through the ananastomosis and fastened.Then the extracorporealmagnetic device,hold by hand tightly against the thoracic wall approximately parallel to the intraaortic impellerpump was started.Results The relations of rotary speed of the pump(RS)andmean leftventricular pressure(MLVP),mean right ventricular pressure(MRVP),mean aortic pressure(MAP)were recoded.We found thatwhen rotation speed was over 10000rpm,the pressure of the left ventricular fell to zero.Conclusion implying the leftventricular function was totally replaced.The conceptof intra-aortic impellerpump is feasible and the“tian procedure”is a effective technology of imp lantation of an intra-aortic impeller pump.

Heart failure;Ventricular assist;Dynam ic aortic valve,“Tian”procedure

山西科技攻關(guān)項目(項目編號:051105)

046000山西省長治醫(yī)學院附屬和平醫(yī)院